一种平面偶极子双频段天线及天线装置的制作方法

文档序号:17918094发布日期:2019-06-14 23:55
一种平面偶极子双频段天线及天线装置的制作方法

本发明属于偶极子天线技术领域,尤其涉及一种平面偶极子双频段天线及天线装置。



背景技术:

随着宽带网络日渐与普通民众的生活建立更为复杂、紧密的融合,民众对WIFI产品的需求越来越旺盛,无线WIFI通讯设备已成为日常生活不可或缺的一部分。各种无线WIFI通讯设备在社会上的普及率提升速度非常快,而且基于国家推动通信产业技术升级的大政策背景下,5G网络技术在快速的成熟,在短时间内将迅速进入商用模式。5G网络的高速和大带宽,带来的是丰富的网络信息资源,可以让个人、企业、政府等各个层级的应用者通过同一个网络得到所期望的信息,并实现期望的功能。在这其中,最方便、最快捷的方式就是无线接入方式,因为无线的接入方式节约了大量的网络铺设费用,可以快速规划、快速安装、快速投入使用,维护也相对简洁。

如何设计一种小型化、低剖面和多频段的内置天线成为移动通讯发展的难点和瓶颈,所以为了满足这种产品的特点,相应的内置天线就需要同样的轻、薄、小,而且天线自身的性能却不能明显降低,现在部分内置天线的使用偶极子的天线设计形式,常规偶极子天线具有结构简单、重量轻、可共形、制造成本低、辐射效率高、容易实现辐射方向的可控制性等独特优点。

图1示出了典型的偶极子天线结构,其中A段和B段是偶极子天线辐射臂,其直径、长度、材质均为一样,C段为阻抗匹配段,其尺寸与天线的工作频段呈现偶数的倍数关系,D为信号的输入端口,由于偶极子天线的D端口包含了接地的金属面,可以降低对射频模块中接地金属面的敏感度,因此非常适合用于可控电磁波辐射方向的天线,另外,由于偶极子天线可以只需对PCB上铜箔做蚀刻成型,因而制作成本较低。

但是偶极子天线有个很致命的缺陷,工作频率宽度比很窄,基本上只能达到7.5%,并且难以实现双频,这就严重限制了偶极子天线在移动终端产品中的广泛使用。

因此,现有的偶极子天线技术存在着工作频率宽度比较窄,无法实现双频的问题。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种平面偶极子双频段天线及天线装置,旨在解决现有的偶极子天线技术存在着工作频率宽度比较窄,无法实现双频的问题。

本发明第一方面提供了一种平面偶极子双频段天线,包括第一辐射段和、信号馈入点以及公共地,还包括第二辐射段、阻抗匹配段、第一信号传输段以及第二信号传输段;

所述第二辐射段分别通过所述第一信号传输段和所述第二信号传输段与所述公共地的两边缘末端一一对应连接;

所述阻抗匹配段水平设置,并采用所述第一辐射段的下边缘与所述公共地共同构成,起点为所述信号馈入点;所述阻抗匹配段被配置为所述第一辐射段和所述第二辐射段提供两个频段的公共阻抗匹配,并且所述阻抗匹配段的长度既对应所述第二辐射段的工作频率的波长的预设比例值,又对应所述第一辐射段的工作频率的波长的预设比例值。

本发明第二方面提供了天线装置,包括PCB板,还包括如上述所述的平面偶极子双频段天线,所述PCB板与所述平面偶极子双频段天线采用印刷方式合成为一体。

本发明提供的一种平面偶极子双频段天线及天线装置,包括第一辐射段和、信号馈入点以及公共地,还包括第二辐射段、阻抗匹配段、第一信号传输段以及第二信号传输段;阻抗匹配段水平设置,被配置为第一辐射段和第二辐射段提供两个频段的公共阻抗匹配,并且阻抗匹配段的长度既对应第二辐射段的工作频率的波长的预设比例值,又对应第一辐射段的工作频率的波长的预设比例值。由此通过采用阻抗匹配段实现了双频阻抗匹配的功能,并且第一辐射段的频率与第二辐射段的频率不同,天线可在两个频率范围内进行地电流耦合消除,确保了天线的辐射场型的稳定,消除了信号连接电缆在连接时的残留地电流干扰风险,解决了现有的偶极子天线技术存在着工作频率宽度比较窄,无法实现双频的问题。

附图说明

图1是现有技术涉及的偶极子天线的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种平面偶极子双频段天线的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

上述的一种平面偶极子双频段天线及天线装置,包括第一辐射段和、信号馈入点以及公共地,还包括第二辐射段、阻抗匹配段、第一信号传输段以及第二信号传输段;阻抗匹配段水平设置,被配置为第一辐射段和第二辐射段提供两个频段的公共阻抗匹配,并且阻抗匹配段的长度既对应第二辐射段的工作频率的波长的预设比例值,又对应第一辐射段的工作频率的波长的预设比例值。由此通过采用阻抗匹配段实现了双频阻抗匹配的功能,并且第一辐射段的频率与第二辐射段的频率不同,天线可在两个频率范围内进行地电流耦合消除,确保了天线的辐射场型的稳定,消除了信号连接电缆在连接时的残留地电流干扰风险。

图2示出了本发明实施例提供的一种平面偶极子双频段天线的结构,为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分,详述如下:

上述一种平面偶极子双频段天线,包括第一辐射段(图2采用20和30表示)、信号馈入点90以及公共地80,还包括第二辐射段(图2采用60和70表示)、阻抗匹配段10、第一信号传输段40以及第二信号传输段50。

第二辐射段(图2采用60和70表示)分别通过第一信号传输段40和第二信号传输段50与公共地80的两边缘末端一一对应连接。

阻抗匹配段10水平设置,并采用第一辐射段(图2采用20和30表示)的下边缘与公共地80共同构成,起点为信号馈入点90;阻抗匹配段10被配置为第一辐射段和第二辐射段提供两个频段的公共阻抗匹配,并且阻抗匹配段10的长度既对应第二辐射段的工作频率的波长的预设比例值,又对应第一辐射段的工作频率的波长的预设比例值。

作为本发明一实施例,上述预设比例值为1/4,即是阻抗匹配段10的长度首先对应第二辐射段的工作频率的1/4波长,然后通过信号馈入点90的凸起块进行尺寸修正,再次对应第一辐射段的工作频率的1/4波长,从而达成双频谐振工作模式。

并且,上述平面偶极子双频段天线采用变形的带阻抗匹配段10的偶极子天线的结构,将阻抗匹配段10与辐射段(第一辐射段和第二辐射段)巧妙组合,大大降低天线的高度,实现天线的小型化,同时以公共地80为分割,实现了双频工作模式,使得天线使用领域更广。

优选地,上述第一辐射段的工作频率为高频段,频率宽度比为13%,远大于常规偶极子天线的工作频率宽度比。第一辐射段包括第一辐射单元20和第二辐射单元30;第一辐射单元20和第二辐射单元30的形状为两个相对设置的三角形,第一辐射单元20的末端与公共地80连接,并在中间形成缝隙以实现阻抗匹配,第二辐射单元30的底面与公共地80融合,并且第一辐射单元20和第二辐射单元30的底部交错位置形成一抬高的小平台,构成信号馈入点90。

优选地,上述第二辐射段的工作频率为低频段,频率宽度比4%,属于常规偶极子天线要求,第二辐射段包括第三辐射单元60和第四辐射单元70;第三辐射单元60和第四辐射单元70的形状采用对称折线形,第三辐射单元60和第四辐射单元70的顶端分别采用第一信号传输段40和第二信号传输段50与公共地80和阻抗匹配段10一一对应形成信号输入通路。其中,第三辐射单元60和第四辐射单元70的等效长度与天线第二工作频率的1/4波长严格对应,这样可以确保天线在第二频率段是高效辐射的效果。同时,第三辐射单元60和第四辐射单元70采用折线方式。

作为本发明一实施例,上述信号馈入点90用于将阻抗匹配段10的缝隙的下边缘长度向前压缩,并且所述缝隙的长度对应第二辐射段的频率,所述缝隙的上边缘对应第一辐射段的频率,因此可以使用一个缝隙段谐振到两个频率上,实现两个频率的公共阻抗匹配功能。

本发明还提供了一种天线装置,包括PCB板,还包括如上述所述的平面偶极子双频段天线,PCB板与平面偶极子双频段天线采用印刷方式合成为一体。

具体地,平面偶极子双频段天线采用五金模具冲压成型,并且平面偶极子双频段天线的安装方式为插件,与使用该天线的整机电路的PCB板合并为一体。

因此,上述一种平面偶极子双频天线及天线装置,采用阻抗匹配段实现了双频阻抗匹配的功能,并且将阻抗匹配段巧妙的与辐射段做形状结合,实现天线小型化,在有限空间实现了天线在两个频率范围内的地电流耦合消除的功能,确保了天线的辐射场型的稳定,消除了信号连接电缆在连接时的残留地电流干扰风险。

两个辐射段上下分布,保证了两个天线工作频率的相互独立性,第一辐射段的工作频率宽度比远大于常规偶极子天线技术指标,属于超宽带特性,所以采用了三角形的辐射振子,以改善宽频段范围内的阻抗匹配特性,并实现了超宽带频率范围内的辐射效率的稳定;第二辐射段的天线形式采用折线形,保证了天线尺寸不至于过大。本天线装置可以设计为五金形式和PCB印刷形式,使用方式非常灵活,所以天线与主板PCB可以合并为一体,达成低轮廓尺寸的目标。提高用户的使用便捷性,并实现了双频天线的共体设计。

以下结合图2对上述一种平面偶极子双频天线及天线装置的工作原理进行描述如下:

传输信号经信号馈入点90,并在侧向的阻抗匹配段10形成巴伦效应,消除天线的镜像电流,可以防止电缆长度不同而导致的辐射方向不确定偏转,信号直接进入第一辐射段,第一辐射单元20和第二辐射单元30的斜边长度约等于工作频率的中心频点的1/4波长,可以有效谐振从而形成辐射起始条件,形成高频段信号的辐射;并且为了拓展谐振频率的范围,第一辐射单元20和第二辐射单元30设计为三角形,可以实现约13%的谐振频率宽度。阻抗匹配段10的下边和第一辐射段的下边共同形成公共地80,与第二辐射段形成结构隔离。

第一信号传输段40和第二信号传输段50分别从公共地80的末端两边引出,并采用折线形式,大大缩减了天线尺寸;同时为了消除第二辐射段工作频率段的镜像电流,从而导致电缆长度变化引起的辐射方向偏移,阻抗匹配段10的起始点采用信号馈入点90的凸块引起的匹配电流路径缩短,达到对高频工作频率的匹配效果。

一种平面偶极子双频段天线,采用侧向设置公共阻抗匹配段实现了双频段内的高效镜像电流抑制,实现对双频天线的巴伦效应,高频段天线因为工作在宽频率范围内,采用三角形辐射体形状,实现超过13%的频率宽度,低频段天线因为工作在窄频率范围内,所以采用折线型辐射体形状,实现天线小型化,在有限空间实现了双频段内的巴伦功能,双频辐射体的最小化设计,提高天线的辐射效率。双频段的巴伦结构有效的消除了两个频率范围内的镜像电流窜动,杜绝了采用信号电缆长度不一时,电缆屏蔽层上的地电流耦合流动不同而导致的辐射方向偏移的情况发生,整个天线的结构可以采用金属片材质制作,也可以印刷在电路板上的方式,或者使用柔性电路板印刷制作的方式。

综上,本发明实施例提供的一种平面偶极子双频段天线及天线装置,包括第一辐射段和、信号馈入点以及公共地,还包括第二辐射段、阻抗匹配段、第一信号传输段以及第二信号传输段;阻抗匹配段水平设置,被配置为第一辐射段和第二辐射段提供两个频段的公共阻抗匹配,并且阻抗匹配段的长度既对应第二辐射段的工作频率的波长的预设比例值,又对应第一辐射段的工作频率的波长的预设比例值。由此通过采用阻抗匹配段实现了双频阻抗匹配的功能,并且第一辐射段的频率与第二辐射段的频率不同,天线可在两个频率范围内进行地电流耦合消除,确保了天线的辐射场型的稳定,消除了信号连接电缆在连接时的残留地电流干扰风险,解决了现有的偶极子天线技术存在着工作频率宽度比较窄,无法实现双频的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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