CN112821055B - 一种应用于wifi的单端口双频双极化全向天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，包括反射板、水平放置的第一介质板和垂直放置的第二介质板，第一介质板的上下表面对称地贴附有第一偶极子天线和第二偶极子天线，形成由四个偶极子天线组成的偶极子天线阵列，用于实现5G信号的全向辐射和水平极化特性，第二介质板的第一表面贴附有辐射体与馈电导线，第二介质板的第二表面贴附有地线，辐射体的中部与馈电导线连接，形成馈点，辐射体的两末端与反射板连接，形成回路，用于实现2.4G信号的全向辐射和垂直极化特性，本发明提供的全向天线天线具有单端口、双频、水平垂直双极化、宽频、尺寸小、全向性好、平均增益高的特点。

Description

一种应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线

技术领域

本发明属于天线的设计领域，尤其涉及一种应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线。

背景技术

近十多年来，随着信息技术产业的迅猛发展，需要联网的电子设备数量急剧增加，相应对WIFI设备的要求也越来越高。信号的全向覆盖，高数据传输速率现在是WIFI设备的重要性能指标。当前无线通信设备多采用全向天线或智能天线波束扫描来实现全向覆盖，通过MIMO天线技术实现数据的高吞吐率，但在一些较为空旷的地方，由于多径反射变弱，空间分集无法实现较高的吞吐率，此时需要引入极化分集，即用水平极化全向辐射天线和垂直极化全向辐射天线实现更好的MIMO效果和全向特性。目前已有的文献和专利中涉及到的双频双极化全向天线几乎都以双端口馈电的方式实现，既无法实现天线小型化，节约空间，还会使结构设计变得复杂，同时了增加组装和安装成本。因此，设计一款单端口双频水平垂直双极化全向天线非常必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，该天线具有双频、水平垂直双极化、宽频、尺寸小、全向性好、平均增益高的特点。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，包括：第一天线、第二天线及反射板；

所述第一天线包括第一介质板、第一偶极子天线和第二偶极子天线，所述第一介质板水平放置，所述第一介质板包括相对的第一表面和第二表面，所述第一偶极子天线和所述第二偶极子天线分别贴附于所述第一介质板的第一表面和第二表面，所述第一偶极子天线和所述第二偶极子天线分别整体呈“卍”字形，所述第一天线用于实现5G信号的全向辐射和水平极化特性；

所述第二天线包括第二介质板、辐射体、馈电导线及地线，所述第二介质板固定安装于所述第一介质板的第二表面，且所述第二介质板与所述第一介质板相互垂直，所述第二介质板包括相对的第一表面和第二表面，所述辐射体与所述馈电导线贴附于所述第二介质板的第一表面，所述馈电导线的一端与所述反射板相连，所述馈电导线的另一端穿过所述第一介质板与所述第一偶极子天线相连，用于给所述第一偶极子天线馈电，所述地线贴附于所述第二介质板的第二表面，所述地线的一端与所述反射板相连，所述地线的另一端与所述第二偶极子天线相连，用于给所述第二偶极子天线馈电，所述辐射体的中部与所述馈电导线连接，形成馈点，所述辐射体的两末端与所述反射板连接，形成回路，所述第二天线用于实现2.4G信号的全向辐射和垂直极化特性；

所述反射板固定安装于所述第二介质板远离所述第一介质板的一侧，所述反射板与所述第二介质板相互垂直。

优选地；

所述第一偶极子天线包括自第一馈电点处向外延伸的四支第一传输线及四个第一天线臂，四支所述第一传输线形成整体呈“十”字形的第一微带双线馈电网络，所述第一传输线通过所述第一馈电点并联连接，四个所述第一天线臂顺时针或逆时针地设置于各所述第一传输线末端；

所述第二偶极子天线包括自第二馈电点处向外延伸的四支第二传输线及四个第二天线臂，四支所述第二传输线形成整体呈“十”字形的第二微带双线馈电网络，所述第二传输线通过所述第二馈电点并联连接，四个所述第二天线臂顺时针或逆时针地设置于各所述第二传输线末端。

优选地，所述辐射体采用环天线，包括沿水平方向且与所述馈电导线连接的第一延伸分支，所述第一延伸分支两末端分别朝向所述反射板一侧弯折，形成第二延伸分支和第三延伸分支，所述第二延伸分支靠近所述反射板的一端与所述反射板相连，所述第三延伸分支靠近所述反射板的一端与所述反射板相连。

优选地，还包括若干固定弹片，所述馈电导线、地线、所述第二延伸分支和所述第三延伸分支均通过所述固定弹片与所述反射板相连，所述固定弹片包括弹片本体及沿所述弹片本体的侧边弯折延伸的连接片，所述弹片本体固定安装于所述反射板上，若干所述连接片分别与所述馈电导线、地线、所述第二延伸分支和所述第三延伸分支固定连接。

优选地，所述第一传输线和所述第二传输线均采用渐变式传输线。

优选地，所述偶极子天线为印刷偶极子天线或化镀偶极子天线。

优选地，所述第一介质板和所述第二介质板的材质选用聚碳酸酯材料或者印制电路板。

优选地，所述单端口双频双极化全向天线所覆盖的工作频段包括2400～2500MHz和5150～5850MHz。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明提供了一种应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，包括反射板、水平放置的第一介质板和垂直放置的第二介质板，第二介质板固定安装于第一介质板的下方，第一介质板的上下表面对称地贴附有第一偶极子天线和第二偶极子天线，形成由四个偶极子天线组成的偶极子天线阵列，用于实现5G信号的全向辐射和水平极化特性，第二介质板的第一表面贴附有辐射体与馈电导线，第二介质板的第二表面贴附有地线，辐射体的中部与馈电导线连接，形成馈点，辐射体的两末端与反射板连接，形成回路，用于实现2.4G信号的全向辐射和垂直极化特性，本发明提供的全向天线天线具有单端口、双频、水平垂直双极化、宽频、尺寸小、全向性好、平均增益高的特点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线的三维立体图；

图2为图1中第一介质板的第一表面的结构示意图；

图3为图1中第一介质板的第二表面的结构示意图；

图4为图1中第二介质板的三维立体图；

图5为图3中第二介质板的第一表面的结构示意图；

图6为图3中第二介质板的第二表面的结构示意图；

图7为图1中A处的放大图。

附图标记说明：

1：第一天线；11：第一介质板；12：第一偶极子天线；121：第一传输线；122：第一天线臂；13：第二偶极子天线；131：第二传输线；132：第二天线臂；2：第二天线；21：第二介质板；22：辐射体；221：第一延伸分支；222：第二延伸分支；223：第三延伸分支；23：馈电导线；24：地线；3：反射板；4：固定弹片；41：弹片本体；42：连接片。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1至图7所示，本发明提供了一种应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，包括：第一天线1、第二天线2及反射板3；

第一天线1包括第一介质板11、第一偶极子天线12和第二偶极子天线13，第一介质板11水平放置，第一介质板11包括相对的第一表面和第二表面，第一介质板11材质选用聚碳酸酯材料或者印制电路板，聚碳酸酯材料或者印制电路板为工业上常见的材料，成本较低，第一偶极子天线12和第二偶极子天线13分别贴附于第一介质板11的第一表面和第二表面，第一偶极子天线12和第二偶极子天线13分别整体呈“卍”字形；在本实施例中，应用印刷技术，将第一偶极子天线12和第二偶极子天线13化镀或电镀或印制在第一介质板11的上下两个表面；

参看图2所示，在本实施例中，第一偶极子天线12包括自第一馈电点处向外延伸的四支第一传输线121及四个第一天线臂122，四支第一传输线121形成整体呈“十”字形的第一微带双线馈电网络，第一传输线121通过第一馈电点并联连接，在本实施例中，为了避免因传输线的不连续性导致天线性能降低，同时为了使天线与馈电网络之间匹配，第一传输线121采用渐变式传输线。四个第一天线臂122顺时针或逆时针地设置于各第一传输线121末端，在本实施例中，四个第一天线臂122顺时针地设置于各第一传输线121末端，且四个第一天线臂122围成圆形；

参看图3所示，在本实施例中，第二偶极子天线13包括自第二馈电点处向外延伸的四支第二传输线131及四个第二天线臂132，四支第二传输线131形成整体呈“十”字形的第二微带双线馈电网络，第二传输线131通过第二馈电点并联连接，在本实施例中，为了避免因传输线的不连续性导致天线性能降低，同时为了使天线与馈电网络之间匹配，第二传输线131采用渐变式传输线。四个第二天线臂132顺时针或逆时针地设置于各第二传输线131末端，在本实施例中，四个第二天线臂132顺时针地设置于各第二传输线131末端，且四个第二天线臂132围成圆形；

第一天线1采用偶极子天线阵，包括四对辐射单元，每对偶极子的两臂对称的分布第一介质板11的两表面，四对偶极子等角度分布在第一介质板11上，第一微带双线馈电网络和第二微带双线馈电网络平行的设置在第一介质板11的第一表面和第二表面，第一微带双线馈电网络和第二微带双线馈电网络的中间区域分别为第一馈电点和第二馈电点。通过将四对相同的5G频段的偶极子天线放置于水平面，围成圆形，并等幅同相馈电，激励通过微带双线馈电网络馈入到偶极子的双臂上，使电流均匀分布在每对偶极子天线上，通过辐射远场的电场叠加，偶极子天线将馈入的电导行波转换为自由空间传播的电磁波，形成辐射场，实现5G信号的全向辐射和水平极化特性；

参看图4所示，第二天线2包括第二介质板21、辐射体22、馈电导线23及地线24，第二介质板21固定安装于第一介质板11的第二表面，且第二介质板21与第一介质板11相互垂直，第二介质板21材质选用聚碳酸酯材料或者印制电路板，聚碳酸酯材料或者印制电路板为工业上常见的材料，成本较低，在本实施例中，第二介质板21与第一介质板11通过焊接固定在一起，第二介质板21包括相对的第一表面和第二表面，参看图5所示，辐射体22与馈电导线23贴附于第二介质板21的第一表面，馈电导线23的一端与反射板3相连，馈电导线23的另一端穿过第一介质板11与第一偶极子天线12相连，用于给第一偶极子天线12馈电，在本实施例中，馈电导线23垂直印制于第二介质板21的第一表面的中心线上，且与所述第一天线1的圆心位置对应，馈电导线23的上端穿过第一介质板11与第一馈电点相连；

参看图6所示，地线24贴附于第二介质板21的第二表面，地线24的一端与反射板3相连，地线24的另一端与第二偶极子天线13相连，用于给第二偶极子天线13馈电，在本实施例中，地线24垂直印制于第二介质板21的第二表面的中心线上，且与第一天线1的圆心位置对应，地线24的上端与第二馈电点相连；

辐射体22的中部与馈电导线23连接，形成馈点，辐射体22的两末端与反射板3连接，形成回路，在本实施例中，辐射体22采用2.4G环天线，辐射体22包括沿水平方向且与馈电导线23连接的第一延伸分支221，第一延伸分支221两末端分别朝向反射板3一侧弯折，形成第二延伸分支222和第三延伸分支223，第二延伸分支222靠近反射板3的一端与反射板3相连，第三延伸分支223靠近反射板3的一端与反射板3相连，对环天线进行适当的弯折，减小天线整体高度；

微带线传输线中的地线24与反射板连接，激励从馈电导线23输入，将环天线在适当的位置与馈电导线23连接，形成馈点，末端与反射板3连接，形成回路，实现2.4G信号的全向辐射和垂直极化特性。

反射板3固定安装于第二介质板21远离第一介质板11的一侧，反射板3与第二介质板21相互垂直，反射板3与第一介质板11相互平行，第二介质板21夹于第一介质板11与反射板3之间。

在本实施例中，还包括若干固定弹片4，反射板3与第二介质板21通过固定弹片4进行固定连接，且固定弹片4分布于馈电导线23、地线24、第二延伸分支222和第三延伸分支223与反射板3的连接处，即馈电导线23、地线24、第二延伸分支222和第三延伸分支223均通过固定弹片4与反射板3相连，参看图7所示，固定弹片4包括弹片本体41及沿弹片本体41的侧边弯折延伸的连接片41，弹片本体41通过螺丝固定安装于反射板4上，若干连接片41分别与馈电导线23、地线24、第二延伸分支222和第三延伸分支223焊接连接。

更具体的，采用印刷偶极子作为偶极子天线辐射单元，采用微带线对2.4G/5G频段进行馈电时

偶极子的半臂长为l，l为工作频率的四分之一波长，则半波偶极子天线的电流为：

半波偶极子天线远场方向图函数为：

半波偶极子方向性系数

采用分贝表示方向性系数：

D_dB＝10lg(1.64)＝2.15dB

用平均矢量来表示偶极子天线的平均功率密度为

把偶极子天线的辐射的电磁场代入式上式

半偶极子辐射功率

用电阻形式表示为：

则可计算出偶极子天线的辐射阻抗为

R_r＝73.2Ω

微带线主要传输特性：

微带线与其他传输线一样，满足传输线方程。若忽视损耗，则：

特征阻抗

相速度

式中，L和C分别为微带线上的单位长分布电感和单位长分布电容。

等效相对介电常数

上式为等效相对介电常数计算公式，其值介于空气的介电常数和介质板的介电常数之间，h为介质板厚度。

本发明提供的全向天线的工作频率范围为2400MHz～2483MHz，5150MHz～5850MHz；频带内的回波损耗均在-10dB以下。2400MHz～2483MHz频段内的最大增益为6.1dBi，最大波束指向在theta＝60°左右，不圆度在8dB以内，水平垂直极化比小于-15dB；5150MHz～5850MHz频段内的最大增益为5.7dBi，最大波束指向在theta＝70°左右，不圆度在4dB以内，水平垂直极化比大于5dB，所达到的指标符合现有的通信标准。

本发明提供的一种应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，包括反射板、水平放置的第一介质板和垂直放置的第二介质板，第二介质板固定安装于第一介质板的下方，第一介质板的上下表面对称地贴附有第一偶极子天线和第二偶极子天线，形成由四个偶极子天线组成的偶极子天线阵列，用于实现5G信号的全向辐射和水平极化特性，第二介质板的第一表面贴附有辐射体与馈电导线，第二介质板的第二表面贴附有地线，辐射体的中部与馈电导线连接，形成馈点，辐射体的两末端与反射板连接，形成回路，用于实现2.4G信号的全向辐射和垂直极化特性，本发明提供的全向天线天线采用印刷偶极子与环天线结合的结构，具有单端口、双频、水平垂直双极化、宽频、尺寸小、全向性好、平均增益高的特点。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，其特征在于，包括：第一天线、第二天线及反射板；

所述第一天线包括第一介质板、第一偶极子天线和第二偶极子天线，所述第一介质板水平放置，所述第一介质板包括相对的第一表面和第二表面，所述第一偶极子天线和所述第二偶极子天线分别贴附于所述第一介质板的第一表面和第二表面，所述第一偶极子天线和所述第二偶极子天线分别整体呈“卍”字形，所述第一天线用于实现5G信号的全向辐射和水平极化特性；

所述第二天线包括第二介质板、辐射体、馈电导线及地线，所述第二介质板固定安装于所述第一介质板的第二表面，且所述第二介质板与所述第一介质板相互垂直，所述第二介质板包括相对的第一表面和第二表面，所述辐射体与所述馈电导线贴附于所述第二介质板的第一表面，所述馈电导线的一端与所述反射板相连，所述馈电导线的另一端穿过所述第一介质板与所述第一偶极子天线相连，用于给所述第一偶极子天线馈电，所述地线贴附于所述第二介质板的第二表面，所述地线的一端与所述反射板相连，所述地线的另一端与所述第二偶极子天线相连，用于给所述第二偶极子天线馈电，所述辐射体的中部与所述馈电导线连接，形成馈点，所述辐射体的两末端与所述反射板连接，形成回路，所述第二天线用于实现2.4G信号的全向辐射和垂直极化特性；

所述反射板固定安装于所述第二介质板远离所述第一介质板的一侧，所述反射板与所述第二介质板相互垂直；

所述第一偶极子天线包括自第一馈电点处向外延伸的四支第一传输线及四个第一天线臂，四支所述第一传输线形成整体呈“十”字形的第一微带双线馈电网络，所述第一传输线通过所述第一馈电点并联连接，四个所述第一天线臂顺时针或逆时针地设置于各所述第一传输线末端；

所述第二偶极子天线包括自第二馈电点处向外延伸的四支第二传输线及四个第二天线臂，四支所述第二传输线形成整体呈“十”字形的第二微带双线馈电网络，所述第二传输线通过所述第二馈电点并联连接，四个所述第二天线臂顺时针或逆时针地设置于各所述第二传输线末端；

所述第一传输线和所述第二传输线均采用渐变式传输线。

2.根据权利要求1所述的应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，其特征在于，所述辐射体采用环天线，包括沿水平方向且与所述馈电导线连接的第一延伸分支，所述第一延伸分支两末端分别朝向所述反射板一侧弯折，形成第二延伸分支和第三延伸分支，所述第二延伸分支靠近所述反射板的一端与所述反射板相连，所述第三延伸分支靠近所述反射板的一端与所述反射板相连。

3.根据权利要求2所述的应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，其特征在于，还包括若干固定弹片，所述馈电导线、地线、所述第二延伸分支和所述第三延伸分支均通过所述固定弹片与所述反射板相连，所述固定弹片包括弹片本体及沿所述弹片本体的侧边弯折延伸的连接片，所述弹片本体固定安装于所述反射板上，若干所述连接片分别与所述馈电导线、地线、所述第二延伸分支和所述第三延伸分支固定连接。

4.根据权利要求1所述的应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，其特征在于，所述偶极子天线为印刷偶极子天线或化镀偶极子天线。

5.根据权利要求1所述的应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，其特征在于，所述第一介质板和所述第二介质板的材质选用聚碳酸酯材料或者印制电路板。

6.根据权利要求1所述的应用于WIFI的单端口双频双极化全向天线，其特征在于，所述单端口双频双极化全向天线所覆盖的工作频段包括2400～2500MHz和5150～5850MHz。

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