一种用于无线通讯的定向天线系统的制作方法

本发明涉及一种通讯技术领域，尤其是一种用于无线通讯的定向天线系统。

背景技术：

定向天线，是指在某一个或某几个特定方向上辐射，发射及接收电磁波特别强，而在其它的方向上发射及接收电磁波则为零或极小。定向天线可以增加辐射功率的有效利用率，增加保密性，采用定向接收天线的主要目的是增加抗干扰能力。但是，现有的定向天线通讯系统在其工作频带的边缘位置，其信号的稳定性较差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于无线通讯的定向天线系统，能够解决现有技术的不足，提高了定向天线系统在整个频带宽度内的信号稳定性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种用于无线通讯的定向天线系统，包括调制解调器，调制解调器连接至功率分配器，功率分配器连接至定向天线，所述定向天线包括基板，基板的一端设置有有源振子，有源振子连接有馈线，有源振子的两端设置有第一振臂，第一振臂与有源振子垂直设置，第一振臂的顶部连接有第二振臂，第二振臂向基板内侧倾斜设置，第二振臂与第一振臂之间的夹角为145°，第二振臂的顶部连接有第三振臂，第三振臂与第一振臂平行设置，两个第三振臂的顶部之间连接有第四振臂，第四振臂与第三振臂相互垂直。

作为优选，所述有源振子包括第一金属壳，第一金属壳的内部设置有第一空腔，第一空腔内设置有若干个相互平行的第一谐振板，第一金属壳上设置有供第一振臂插接的第一凹槽，第一凹槽的侧壁设置有第一绝缘层。

作为优选，所述第一振臂包括与第一凹槽相互插接的插接部，插接部与第一绝缘层的接触面的内侧设置有第二空腔，插接部连接有振臂主体，振臂主体与基板的接触面上设置有条形凹槽，条形凹槽的长度为振臂主体长度的75%～80%。

作为优选，所述第二振臂与第一振臂的连接处设置有弧形连接部，弧形连接部分别与第二振臂和第一振臂相切连接，第二振臂内均匀设置有若干个第三空腔，每个第三空腔内设置有与第一振臂相垂直的第二谐振板，第二谐振板与第三空腔之前通过第二绝缘层相连接。

作为优选，所述第三振臂内设置有绝缘套管，绝缘套管内穿有螺旋金属线，螺旋金属线的一端与第二振臂相连，螺旋金属线的另一端与第四振臂相连。

作为优选，所述第四振臂包括两个相互套接的第二金属壳，两个第二金属壳间隙配合，两个第二金属壳之间连接有接线端子，接线端子与螺旋金属线相连。

作为优选，所述调制解调器和功率分配器之间设置有功率放大电路，功率放大电路的第一输入端子连接至调制解调器的输出端，功率放大电路的第一输出端子连接至功率分配器的输入端；第一输入端子通过第一电阻连接至第一运放的正相输入端，第一运放的反相输入端通过第二电阻接地，第一运放的反相输入端通过第三电阻连接至第一运放的输出端，第一运放的正相输入端通过第四电阻接地，第一运放的输出端通过串联的第五电阻和第六电阻连接至第一输出端子，第五电阻和第六电阻之间通过串联的第一电容和第二电容连接至第二运放的正相输入端，第一电容和第二电容两端并联有第七电阻和第八电阻，第一电容和第二电容之间通过第九电阻接地，第七电阻和第八电阻之间通过第三电容接地，第二运放的反相输入端通过第十电阻接地，第二运放的反相输入端通过第十一电阻连接至第二运放的输出端，第二运放的输出端通过串联的第十二电阻和第四电容连接至第三运放的反相输入端，第十二电阻和第四电容之间连接至三极管的集电极，三极管的基极连接至第七电阻和第八电阻之间，三极管的发射极通过第五电容接地，三极管的发射极通过第六电容连接至第三运放的反相输入端，第三运放的正相输入端通过第十三电阻接地，第三运放的反相输入端通过第十四电阻连接至第三运放的输出端，第三运放的输出端通过第七电容接地，第三运放的输出端通过第二十八电阻连接至第一运放的正相输入端。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过改进定向天线的结构，提高了有源振子发射信号的精确度，降低了与其连接的振臂在信号传输中的干扰现象，同时扩展了振臂的有效波瓣宽度，使得定向天线的信号稳定性显著增加。功率放大电路可以改善通讯信号的强度，并且可以具有针对性的提高通讯信号的信噪比。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的结构图。

图2是本发明一个具体实施方式中定向天线的结构图。

图3是本发明一个具体实施方式中有源振子的结构图。

图4是本发明一个具体实施方式中第一振臂的结构图。

图5是本发明一个具体实施方式中第二振臂的结构图。

图6是本发明一个具体实施方式中第三振臂的结构图。

图7是本发明一个具体实施方式中第四振臂的结构图。

图8是本发明一个具体实施方式中第五振臂的结构图。

图9是本发明一个具体实施方式中功率放大电路的电路图。

图10是本发明一个具体实施方式中降噪电路的电路图。

图中：1、调制解调器；2、功率分配器；3、定向天线；4、基板；5、有源振子；6、馈线；7、第一振臂；8、第二振臂；9、第三振臂；10、第四振臂；11、第一金属壳；12、第一空腔；13、第一谐振板；14、第一凹槽；15、第一绝缘层；16、插接部；17、第二空腔；18、振臂主体；19、条形凹槽；20、弧形连接部；21、第三空腔；22、第二谐振板；23、第二绝缘层；24、绝缘套管；25、螺旋金属线；26、第二金属壳；27、接线端子；28、第五振臂；29、第三金属壳；30、第三谐振板；31、第三绝缘层；32、功率放大电路；33、降噪电路；IN1、第一输入端子、IN2、第二输入端子、OUT1、第一输出端子；OUT2、第二输出端子、R1、第一电阻；R2、第二电阻管；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；R6、第六电阻；R7、第七电阻；R8、第八电阻；R9、第九电阻；R10、第十电阻；R11、第十一电阻；R12、第十二电阻；R13、第十三电阻；R14、第十四电阻；R15、第十五电阻；R16、第十六电阻；R17、第十七电阻；R18、第十八电阻；R19、第十九电阻；R20、第二十电阻；R21、第二十一电阻；R22、第二十二电阻；R23、第二十三电阻；R24、第二十四电阻；R25、第二十五电阻；R26、第二十六电阻；R27、第二十七电阻；R28、第二十八电阻；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；C5、第五电容；C6、第六电容；C7、第七电容；C8、第八电容；C9、第九电容；C10、第十电容；C11、第十一电容；L1、第一电感；A1、第一运放；A2、第二运放；A3、第三运放；A4、第四运放；A5、第五运放；Q1、第一三极管；Q2、第二三极管；Q3、第三三极管。

具体实施方式

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

参照图1-10，本发明一个具体实施方式包括调制解调器1，调制解调器1连接至功率分配器2，功率分配器2连接至定向天线3，所述定向天线3包括基板4，基板4的一端设置有有源振子5，有源振子5连接有馈线6，有源振子5的两端设置有第一振臂7，第一振臂7与有源振子5垂直设置，第一振臂7的顶部连接有第二振臂8，第二振臂8向基板4内侧倾斜设置，第二振臂8与第一振臂7之间的夹角为145°，第二振臂8的顶部连接有第三振臂9，第三振臂9与第一振臂7平行设置，两个第三振臂9的顶部之间连接有第四振臂10，第四振臂9与第三振臂9相互垂直。有源振子5包括第一金属壳11，第一金属壳11的内部设置有第一空腔12，第一空腔12内设置有若干个相互平行的第一谐振板13，第一金属壳11上设置有供第一振臂7插接的第一凹槽14，第一凹槽14的侧壁设置有第一绝缘层15。第一振臂7包括与第一凹槽14相互插接的插接部16，插接部16与第一绝缘层15的接触面的内侧设置有第二空腔17，插接部16连接有振臂主体18，振臂主体18与基板4的接触面上设置有条形凹槽19，条形凹槽19的长度为振臂主体18长度的80%。第二振臂8与第一振臂7的连接处设置有弧形连接部20，弧形连接部20分别与第二振臂8和第一振臂7相切连接，第二振臂8内均匀设置有若干个第三空腔21，每个第三空腔21内设置有与第一振臂7相垂直的第二谐振板22，第二谐振板22与第三空腔21之前通过第二绝缘层23相连接。第三振臂9内设置有绝缘套管24，绝缘套管24内穿有螺旋金属线25，螺旋金属线25的一端与第二振臂8相连，螺旋金属线25的另一端与第四振臂10相连。第四振臂10包括两个相互套接的第二金属壳26，两个第二金属壳26间隙配合，两个第二金属壳26之间连接有接线端子27，接线端子27与螺旋金属线25相连。

调制解调器1和功率分配器2之间设置有功率放大电路32，功率放大电路32的第一输入端子IN1连接至调制解调器1的输出端，功率放大电路32的第一输出端子OUT1连接至功率分配器2的输入端；第一输入端子IN1通过第一电阻R1连接至第一运放A1的正相输入端，第一运放A1的反相输入端通过第二电阻R2接地，第一运放A1的反相输入端通过第三电阻R3连接至第一运放A1的输出端，第一运放A1的正相输入端通过第四电阻R4接地，第一运放A1的输出端通过串联的第五电阻R5和第六电阻R6连接至第一输出端子OUT1，第五电阻R5和第六电阻R6之间通过串联的第一电容C1和第二电容C2连接至第二运放A2的正相输入端，第一电容C1和第二电容C2两端并联有第七电阻R7和第八电阻R8，第一电容C1和第二电容C2之间通过第九电阻R9接地，第七电阻R7和第八电阻R8之间通过第三电容C3接地，第二运放A2的反相输入端通过第十电阻R10接地，第二运放A2的反相输入端通过第十一电阻R11连接至第二运放A2的输出端，第二运放A2的输出端通过串联的第十二电阻R12和第四电容C4连接至第三运放A3的反相输入端，第十二电阻R12和第四电容C4之间连接至第一三极管Q1的集电极，第一三极管Q1的基极连接至第七电阻R7和第八电阻R8之间，第一三极管Q1的发射极通过第五电容C5接地，第一三极管Q1的发射极通过第六电容C6连接至第三运放A3的反相输入端，第三运放A3的正相输入端通过第十三电阻R13接地，第三运放A3的反相输入端通过第十四电阻R14连接至第三运放A3的输出端，第三运放A3的输出端通过第七电容C7接地，第三运放A3的输出端通过第二十八电阻R28连接至第一运放A1的正相输入端。

第一电阻R1为3kΩ、第二电阻R2为11 kΩ、第三电阻R3为35 kΩ、第四电阻R4为5 kΩ、第五电阻R5为20 kΩ、第六电阻R6为25 kΩ、第七电阻R7为10 kΩ、第八电阻R8为22 kΩ、第九电阻R9为15 kΩ、第十电阻R10为7 kΩ、第十一电阻R11为2 kΩ、第十二电阻R22为12 kΩ、第十三电阻R13为35 kΩ、第十四电阻R14为23 kΩ、第二十八电阻R28为15 kΩ。第一电容C1为35μF、第二电容C2为70μF、第三电容C3为50μF、第四电容C4为60μF、第五电容C5为110μF、第六电容C6为45μF、第七电容C7为15μF。

另外，在基板4上设置有第五振臂28。第五振臂28与有源振子5相互垂直，第五振臂28位于有源振子5的中线上。第五振臂28包括若干个首尾连接的第三金属壳29，第三金属壳29下方设置有第三谐振板30，第三谐振板30位于基板4上，第三谐振板30与第三金属壳29之间填充有第三绝缘层31。通过设置第五振臂28，可以对与波瓣宽度中心部位的信号强度进行有效控制，并提高频段边缘的信号信噪比，提高整个频段的信号均匀度。

在功率放大电路32和功率分配器2之间设置有降噪电路33。降噪电路33的第二输入端子IN2与功率放大电路32的第一输出端子OUT1相连，降噪电路33的第二输出端子OUT2与功率分配器2的输出端相连。第二输入端子IN2通过串联的第十五电阻R15和第八电容C8连接至第四运放A4的正相输入端，第四运放A4的反相输入端通过第十六电阻R16接地，第四运放A4的正相输入端通过第十七电阻R17接地，第十五电阻R15和第八电容C8之间通过第九电容C9接地，第四运放A4的反相输入端通过第十八电阻R18连接至第四运放A4的输出端，第四运放A4的输出端连接至第二三极管Q2的基极，第四运放A4的输出端通过第十九电阻R19连接至第二三极管Q2的集电极，第二三极管Q2的发射极通过串联的第二十电阻R20和第二十一电阻R21连接至第十五电阻R15和第八电容C8之间，第二三极管Q2的发射极连接至第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3的集电极通过串联的第二十二电阻R22、第一电感L1和第二十三电阻R23连接至第二三极管Q2的集电极，第一电感L1和第二十三电阻R23之间通过第十电容C10接地，第三三极管Q3的发射极通过第十一电容C11连接至第二十电阻R20和第二十一电阻R21之间，第二十二电阻R22和第一电感L1之间连接至第二输出端子OUT2，第二输出端子OUT2通过第二十四电阻R24连接至第五运放A5的反相输入端，第五运放A5的正相输入端通过第二十五电阻R25接地，第五运放A5的反相输入端通过第二十六电阻R26连接至第五运放A5的输出端，第五运放A5的输出端通过第二十七电阻R27连接至第四运放A4的反相输入端。降噪电路33可以对输入信号进行带通滤波，并通过反馈电路实现通频带的实时调整，从而可以对输入信号进行具有针对性的精确降噪，进一步提高输出信号的信噪比。

第十五电阻R15为13 kΩ、第十六电阻R16为5 kΩ、第十七电阻R17为8 kΩ、第十八电阻R18为9 kΩ、第十九电阻R19为4 kΩ、第二十电阻R20为21 kΩ、第二十一电阻R21为5 kΩ、第二十二电阻R22为10 kΩ、第二十三电阻R23为40 kΩ、第二十四电阻R24为25 kΩ、第二十五电阻R25为15 kΩ、第二十六电阻R26为13 kΩ、第二十七电阻R27为9 kΩ。第八电容C8为135μF、第九电容C9为90μF、第十电容C10为150μF、第十一电容C11为55μF。第一电感L1为0.34mH。

本发明可以提高了定向天线系统在整个频带宽度内的信号稳定性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。