一种基于金属一体化结构的双工天线的制作方法

本实用新型涉及一种双工天线，尤其是一种基于金属一体化结构的双工天线，属于无线通信领域。

背景技术：

双工天线是现代通信系统中发射端和接收端必不可少的器件，它除了起到接收、发送信号之外，还对信号起分离作用，让有用的信号尽可能无衰减的通过，对无用的信号尽可能大的衰减抑制其通过，可以实现双路信号的滤波、发送和接收。随着无线通信技术的发展，信号间的频带越来越窄，这就对天线的规格和可靠性提出了更高的要求。双工天线具有高的频率选择性、低插损、功率容量大、性能稳定等优点而具有很高的应用价值。许多学者对双工天线产生频带隔离、频带选择性、辐射性能进行了研究，通过调节双工、天线性能和双工与天线的搭配来实现良好的双工天线性能。

据调查与了解，已经公开的现有技术如下：

2016年，Chu-Xu Mao提出了一种微带双工天线结构。结构通过集成双工器和双频patch天线，实现一个良好的双工天线性能，它利用开口环组成2个通道滤波器，每个通带为3模滤波器，然后利用加载枝节来实现两个通道滤波器的整合，实现一个双工馈电，然后通过利用在地板开出缝隙实现馈电电路和双频天线的一个耦合。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种的一种基于金属一体化结构的双工天线，该双工天线可以实现双工滤波及良好的天线辐射性能，利用多模的理论，天线辐射带宽大，频率选择性好，同时它具有体积小、设计简单、易加工、性能好等优点，能够很好的满足现代通讯系统的要求。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于金属一体化结构的双工天线，包括第一金属谐振腔体、第二金属谐振腔体、第一导体组件、第二导体组件、金属天线腔体、第一探针和第二探针，所述金属天线腔体的顶部开口，其余部分封闭；

所述第一金属谐振腔体和第二金属谐振腔体分别位于金属天线腔体的左、右两侧；所述第一金属谐振腔体内嵌第一金属板，所述第二金属谐振腔体内嵌第二金属板，所述第一金属板和第二金属板上均开有槽线；

所述第一导体组件固定在第一金属谐振腔体的左壁上，并与第一金属板的左端连接；所述第二导体组件固定在第二金属谐振腔体的右壁上，并与第二金属板的右端连接；

所述第一金属谐振腔体的右壁与金属天线腔体的左壁之间开有第一圆形通孔，所述第二金属谐振腔体的左壁与金属天线腔体的右壁之间开有第二圆形通孔；所述第一探针的一端穿过第一圆形通孔中心后与第一金属板的右端连接，另一端悬空，且位于金属天线腔体内；所述第二探针的一端穿过第二圆形通孔中心与第二金属板的左端连接，另一端悬空，且位于金属天线腔体内。

作为一种优选方案，所述第一金属板上的槽线和第二金属板上的槽线均为矩形槽线。

作为一种优选方案，所述第一金属板上的槽线和第二金属板上的槽线均有两个，第一金属板上的两个槽线左右对称，第二金属板上的两个槽线左右对称。

作为一种优选方案，所述第一导体组件由第一同轴外导体和第一同轴内导体组成，所述第一同轴外导体固定在第一金属谐振腔体的左壁上，所述第一同轴内导体的一端与第一同轴外导体连接，另一端穿过第一金属谐振腔体的左壁后与第一金属板的左端连接；

所述第二导体组件由第二同轴外导体和第二同轴内导体组成，所述第二同轴外导体固定在第二金属谐振腔体的右壁上，所述第二同轴内导体的一端与第一同轴外导体连接，另一端穿过第二金属谐振腔体的右壁后与第二金属板的右端连接。

作为一种优选方案，所述第一同轴外导体采用第一SMA接头，所述第一同轴内导体采用第一耦合杆，所述第一SMA接头的末端与第一耦合杆的一端焊接；

所述第二同轴外导体采用第二SMA接头，所述第二同轴内导体采用第二耦合杆，所述第二SMA接头的末端与第二耦合杆的一端焊接。

作为一种优选方案，所述第一SMA接头和第二SMA接头上分别设有四个通孔，所述第一金属谐振腔体的左壁和第二金属谐振腔体的右壁上分别开有四个螺纹孔，第一金属谐振腔体左壁上的四个螺纹孔与第一SMA接头的四个通孔相对应，第二金属谐振腔体右壁上的四个螺纹孔与第二SMA接头的四个通孔相对应，通过螺钉穿过通孔后与螺纹孔配合将第一SMA接头固定在第一金属谐振腔体的左壁上，以及将第二SMA接头固定在第二金属谐振腔体的右壁上。

作为一种优选方案，所述第一金属谐振腔体和第二金属谐振腔体均为矩形金属谐振腔体。

作为一种优选方案，所述金属天线腔体为矩形金属天线腔体，所述矩形金属天线腔体的顶部开口，底部、左部、右部、前部和后部封闭。

作为一种优选方案，所述第一探针和第二探针的长度均与中心频率对应下的波长成比例关系。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型的双工天线具有两个金属谐振腔体和金属天线腔体，两个金属谐振腔体分别位于金属天线腔体的左、右两侧，且两个金属谐振腔体均内嵌一块金属板，在内嵌的金属板上开出槽线，可以实现和控制双工滤波性能，并在其中一个金属谐振腔体和金属天线腔体之间开出能够容纳其中一根探针的圆形通孔，以及在另一个金属谐振腔体和金属天线腔体之间也开出能够容纳另一根探针的圆形通孔，使两根探针的一端从圆形通孔中心穿过后与金属板连接，以接收金属板经过槽线滤波的能量，另一端在金属天线腔体内悬空设置，将接收到的能量从金属天线腔体的顶部开口辐射出去，整个双工天线具有体积小、设计简单、易加工、性能好等优点，能够很好的满足现代通讯系统的要求。

2、本实用新型的双工天线在2.9～3.8GHz的频率范围内，S₁₁的值都在-10dB以下，并有四个明显的谐振点，在4.35～5.15GHz的频率范围内，S₂₂的值都在-10dB以下，并有两个明显的写谐振点，可见是多模双工天线，能够很好的满足现代通讯系统的要求，满足体积小、高矩形度、高Q值、设计和加工简单等特点，由于是基于金属一体化结构的双工天线，整个结构牢固。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的双工天线结构示意图。

图2为本实用新型实施例1的双工天线正视图。

图3为本实用新型实施例1的双工天线左视图。

图4为本实用新型实施例1的双工天线俯视图。

图5为本实用新型实施例1的双工天线频率响应的电磁仿真曲线图。

图6为本实用新型实施例1的双工天线的加工示意图。

其中，1-第一金属谐振腔体，2-第二金属谐振腔体，3-金属天线腔体，4-第一探针，5-第二探针，6-第一金属板，7-第二金属板，8-矩形槽线，9-第一同轴外导体，10-第一同轴内导体，11-第二同轴外导体，12-第二同轴内导体，13-第一圆形通孔，14-第二圆形通孔，15-下部金属结构，16-上部金属结构，17-第一通孔下半部分，18-第二通孔下半部分，19-第一下腔体，20-第二下腔体，21-第三下腔体，22-第一凹槽，23-第三螺纹孔，24-第二凹槽，25-第四螺纹孔，26-第五螺纹孔，27-第三通孔下半部分，28-第六螺纹孔，29-第四通孔下半部分，30-第三上腔体，31-第九螺纹孔，32-第十螺纹孔，33-第十一螺纹孔，34-第十二螺纹孔，35-第十三螺纹孔，36-第一缺口，37-第二缺口，38-第十四螺纹孔，39-第三缺口，40-第四缺口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1～图4所示，本实施例的双工天线，包括第一金属谐振腔体1、第二金属谐振腔体2、第一导体组件、第二导体组件、金属天线腔体3、第一探针4和第二探针5。

所述第一金属谐振腔体1和第二金属谐振腔体2均为矩形金属谐振腔体，分别位于金属天线腔体3的左、右两侧，第一金属谐振腔体1内嵌第一金属板6，第二金属谐振腔体2内嵌第二金属板7，第一金属板6和第二金属板7上均开有两个矩形槽线8，第一金属板6上的两个矩形槽线8左右对称，第二金属板7上的两个矩形槽线8左右对称，通过第一金属板6和第二金属板7上的两个矩形槽线8，实现高选择性的双工滤波。

所述第一导体组件位于第一金属谐振腔体1背离第二金属谐振腔体2的一端(即左端)，所述第一导体组件由第一同轴外导体9和第一同轴内导体10组成，所述第一同轴外导体9固定在第一金属谐振腔体1的左壁上，所述第一同轴内导体10的一端与第一同轴外导体9连接，另一端穿过第一金属谐振腔体1的左壁后与第一金属板6的左端连接，能量通过第一同轴外导体9输入，并由第一同轴内导体10传输给第一金属板6；

所述第二导体组件位于第二金属谐振腔体2背离第一金属谐振腔体1的一端(即右端)，所述第二导体组件由第二同轴外导体11和第二同轴内导体12组成，所述第二同轴外导体11固定在第二金属谐振腔体2的右壁上，所述第二同轴内导体12的一端与第二同轴外导体11连接，另一端穿过第二金属谐振腔体2的右壁后与第二金属板7的右端连接，能量通过第二同轴外导体11输入，并由第二同轴内导体12传输给第二金属板7。

本实施例中，所述第一同轴外导体9采用第一SMA接头，所述第一同轴内导体10采用第一耦合杆，所述第一SMA接头的末端与第一耦合杆的一端焊接，所述第一SMA接头和第二SMA接头上分别设有四个通孔(图中未示出)，所述第一金属谐振腔体1的左壁和第二金属谐振腔体2的右壁上分别开有四个螺纹孔(图中未示出)，第一金属谐振腔体1左壁上的四个螺纹孔与第一SMA接头的四个通孔相对应，第二金属谐振腔体2右壁上的四个螺纹孔与第二SMA接头的四个通孔相对应，通过螺钉穿过通孔后与螺纹孔配合将第一SMA接头固定在第一金属谐振腔体1的左壁上，以及将第二SMA接头固定在第二金属谐振腔体2的右壁上。

所述金属天线腔体3为矩形金属天线腔体，该矩形金属天线腔体的顶部开口，底部、左部、右部、前部和后部封闭，所述第一金属谐振腔体1的右壁与金属天线腔体3的左壁之间开有第一圆形通孔13，所述第二金属谐振腔体2的左壁与金属天线腔体3的右壁之间开有第二圆形通孔14；所述第一探针4的一端穿过第一圆形通孔13中心后与第一金属板6的右端连接，以接收第一金属板6经过矩形槽线8滤波的能量，另一端悬空，且位于金属天线腔体3内，将接收到的能量从金属天线腔体3的顶部开口辐射出去；所述第二探针5的一端穿过第二圆形通孔14中心与第二金属板7的左端连接，以接收第二金属板7经过矩形槽线8滤波的能量，另一端悬空，且位于金属天线腔体3内，将接收到的能量从金属天线腔体3的顶部开口辐射出去；其中，第一探针4、第二探针5在金属天线腔体3内的部分与金属天线腔体3构成了天线结构，第一探针4在第一圆形通孔13中的部分与第一圆形通孔13一起作为第一同轴线，用来连接第一金属谐振腔体1和金属天线腔体3，第二探针5在第二圆形通孔14中的部分与第二圆形通孔14一起作为第二同轴线，用来连接第二金属谐振腔体2和金属天线腔体3，即第一金属谐振腔体1在靠近第二金属谐振腔体2的一端通过第一同轴线与金属天线腔体3连接，同样地，第二金属谐振腔体2在靠近第一金属谐振腔体1的一端通过第二同轴线与金属天线腔体3连接；第一探针4和第二探针5的长度均与中心频率对应下的波长成比例关系。

本实施例的双工天线频率响应的电磁仿真曲线如图5所示，图中S₁₁是指第一端口(对应第一SMA接头和第一耦合杆)的回波损耗，S₂₂是指第二端口(对应第二SMA接头和第二耦合杆)的回波损耗，S₂₁是指第一端口到第二端口的正向传输系数，可以看到在2.9～3.8GHz的频率范围内，S₁₁的值都在-10dB以下，并有四个明显的谐振点，在4.35～5.15GHz的频率范围内，S₂₂的值都在-10dB以下，并有两个明显的写谐振点，可见是多模双工天线，很好的满足了现代通讯系统的要求。

如图6所示，本实施例的双工天线加工过程如下：

1)将一个矩形金属块切开，分为下部金属结构15和上部金属结构16，整个双工天线由下部金属结构15、上部金属结构16、第一金属板6、第二金属板7、第一SMA接头(第一同轴外导体9)、第一耦合杆(第一同轴内导体10)、第二SMA接头(第二同轴外导体11)、第二耦合杆(第二同轴内导体12)、第一探针4和第二探针5组成；

2)在下部金属结构15上，在左壁附近开出用于固定第一SMA接头的两个第一螺纹孔和用于容纳第一耦合杆的第一通孔下半部分17，在右壁附近开出用于固定第二SMA接头的两个第二螺纹孔和用于容纳第二耦合杆的第二通孔下半部分18，并开出第一下腔体19、第二下腔体20和第三下腔体21，在第一下腔体19的前后壁上开出用于固定第一金属板6的第一凹槽22，并在第一凹槽22上开出用于固定螺钉的第三螺纹孔23，在第二下腔体20的前后壁上开出用于固定第二金属板7的第二凹槽24，并在第二凹槽24上开出用于固定螺钉的第四螺纹孔25，在第一下腔体19和第三下腔体21之间开出用于固定螺钉的第五螺纹孔26和用于容纳第一探针4的第三通孔下半部分27，在第二下腔体20和第三下腔体21之间开出用于固定螺钉的第六螺纹孔28和用于容纳第二探针5的第四通孔下半部分29；

3)在上部金属结构16上，在左壁附近开出固定第一SMA接头的两个第七螺纹孔和用于容纳第一耦合杆的第一通孔上半部分，在右壁附近开出固定第二SMA接头的两个第八螺纹孔和用于容纳第二耦合杆的第二通孔上半部分，并开出第一上腔体、第二上腔体和第三上腔体30，第一上腔体和第二上腔体没有开透，第三上腔体30开透；在第一上腔体的前后壁上开出用于固定螺钉的第九螺纹孔31，第九螺纹孔31的位置与第三螺纹孔23的位置相对应，在第二上腔体的前后壁上开出用于固定螺钉的第十螺纹孔32，第十螺纹孔32的位置与第四螺纹孔25的位置相对应，在第一上腔体和第三上腔体30之间开出用于固定螺钉的第十一螺纹孔33和用于容纳第一探针4的第三通孔上半部分，在第二上腔体和第三上腔体30之间开出用于固定螺钉的第十二螺纹孔34和用于容纳第二探针5的第四通孔上半部分；

4)在第一金属板6上，开出两个矩形槽线8以及用于固定螺钉的第十三螺纹孔35，第十三螺纹孔35的位置与第三螺纹孔23、第九螺纹孔31的位置相对应，并在第一金属板6左端开出用于固定第一耦合杆的第一缺口36，在第一金属板6右端开出用于固定第一探针4的第二缺口37；在第二金属板7上，开出两个矩形槽线8以及用于固定螺钉的第十四螺纹孔38，第十四螺纹孔38的位置与第四螺纹孔25、第十螺纹孔32的位置相对应，并在第二金属板7左端开出用于固定第二探针5的第三缺口39，在第二金属板7右端开出用于固定第二耦合杆的第四缺口40；

5)将第一金属板6放在下部金属结构15的第一凹槽22，以及将第二金属板7放在下部金属结构15的第二凹槽24上，将第一耦合杆焊接到第一金属板6的第一缺口36上，将第二耦合杆焊接到第二金属板7的第四缺口40上，以及将第一探针4焊接到第一金属板6的第二缺口37上，将第二探针5焊接到第二金属板7的第三缺口39上，盖上上部金属结构16，此时第一下腔体19和第一上腔体组成第一金属谐振腔体1，第二下腔体20和第二上腔体组成第二金属谐振腔体2，第三下腔体21和第三上腔体30组成矩形天线腔体3，第一通孔下半部分17和第一通孔上半部分组成可容纳第一耦合杆的通孔结构，第二通孔下半部分18和第二通孔上半部分组成可容纳第二耦合杆的通孔结构，第三通孔下半部分27和第三通孔上半部分组成可容纳第一探针4的第一圆形通孔13，第四通孔下半部分29和第四通孔上半部分组成可容纳第二探针5的第二圆形通孔14，通过螺钉将第一SMA接头锁定在第一金属谐振腔体1上以及将第二SMA接头锁定在第二金属谐振腔体2上，并通过螺钉将上部金属结构16、第一金属板6、第二金属板7和下部金属结构15固定起来，整个双工天线组装完毕，最后进行测试。

上述实施例中，所述第一金属谐振腔1、第二金属谐振腔2、金属天线腔体3、第一金属板6、第二金属板7、第一导体组件和第二导体组件采用的金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。

综上所述，本实用新型的双工天线具有两个金属谐振腔体和金属天线腔体，两个金属谐振腔体分别位于金属天线腔体的左、右两侧，且两个金属谐振腔体均内嵌一块金属板，在内嵌的金属板上开出槽线，可以实现和控制双工滤波性能，并在其中一个金属谐振腔体和金属天线腔体之间开出能够容纳其中一根探针的圆形通孔，以及在另一个金属谐振腔体和金属天线腔体之间也开出能够容纳另一根探针的圆形通孔，使两根探针的一端从圆形通孔中心穿过后与金属板连接，以接收金属板经过槽线滤波的能量，另一端在金属天线腔体内悬空设置，将接收到的能量从金属天线腔体的顶部开口辐射出去，整个双工天线具有体积小、设计简单、易加工、性能好等优点，能够很好的满足现代通讯系统的要求。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。