CN112993551B - 应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，包括介质基板，具有相向的第一侧面和第二侧面；共面波导结构，设置在介质基板的第一侧面上，包含中心导体带和对称设在中心导体带两侧的辐射贴片；负载贴片，设置在中心导体带的两端，与中心导体带连接；辐射贴片连接线，设置在介质基板的第二侧面上，其两端经由贯穿介质基板的金属过孔分别与中心导体带两侧的辐射贴片相连；馈电线，设置在介质基板的第二侧面上，与中心导体带上的馈电点相连；以及扼流线，对称设置在馈电线的两侧，经由金属过孔与辐射贴片相连。该应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线能同时覆盖5.15‑5.85GHz和5.925‑7.125GHz频段，且具备宽带宽，低不圆度、高增益的特性。

Description

应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体的，涉及一种应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线。
背景技术
随着WiFi用户量的快速发展，2.45GHz频段和5GHz频段的WiFi无线通信***不能满足当今日新月异的用户需求，而且为了减少***空间，部署兼容5GHz频段和6GHz频段的宽频WiFi无线通信***是很有必要的。全向天线因其覆盖范围广，信号接收器位置随意，是WiFi***的基本组成部分。而不圆度正是全向天线的一个重要指标，用以描述天线在水平面上各方向辐射增益是否一致，能否形成一个标准的圆形辐射方向图。
目前很多文章对2.45GHz频段和5GHz频段的WiFi无线进行了研究和设计。有的采用串联馈电结构设计了高增益宽频WiFi天线，但这种天线的缺点是方向图最大辐射方向会随着频率变化而偏移，不利于实际应用。有的天线采用并联一分三结构，这种结构增益比较高而且稳定，但是带宽不能拓展很宽。
发明内容
本发明是为了解决上述技术问题而做出的，其目的是提供一种应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，能同时覆盖5.15-5.85GHz和5.925-7.125GHz频段，且具备宽带宽，低不圆度、高增益的特性。
为了实现上述目的，本发明提供一种应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，包括介质基板，具有相向的第一侧面和第二侧面；共面波导结构，设置在介质基板的第一侧面上，包含中心导体带和对称设在中心导体带两侧的辐射贴片；负载贴片，设置在所述中心导体带的两端，与所述中心导体带连接；辐射贴片连接线，设置在所述介质基板的第二侧面上，其两端经由贯穿所述介质基板的金属过孔分别与所述中心导体带两侧的辐射贴片相连；馈电线，设置在所述介质基板的第二侧面上，经由贯穿所述介质基板的金属过孔与所述中心导体带上的馈电点相连；以及扼流线，对称设置在所述馈电线的两侧，经由贯穿所述介质基板的金属过孔与所述辐射贴片相连。
优选地，所述中心导体带的两侧分别设有第一辐射贴片、第二辐射贴片和第三辐射贴片，且所述第一辐射贴片和第二辐射贴片连接在一起；所述介质基板的第二侧面上设有两端分别连接在所述第一辐射贴片上的第一辐射贴片连接线，以及设于所述第三辐射贴片两端的第二辐射贴片连接线，且所述第三辐射贴片连接线的两端分别连接在所述中心导体带两侧的所述第三辐射贴片上。
优选地，所述第一辐射贴片的长宽为24.2mm*6.6mm，所述第二辐射贴片的长宽为26.4mm*6.6mm，所述第三辐射贴片的长宽为26.3mm*6.6mm。
优选地，所述馈电点与所述中心导体带中心的距离为1/4介质波长。
优选地，所述扼流线的形状为“η”形。
优选地，所述负载贴片为1/2的正八边形、矩形和等腰三角形组成的多边形结构。
优选地，所述正八边形的边长为3.5mm，所述矩形的长宽为10.7mm*9.1mm、所述等腰三角形的宽高为9.1mm*4mm。
优选地，所述中心导体带的长宽为96.2mm*0.45mm。
优选地，所述介质基板为介电常数为4.4、厚度为1.6mm的FR4板。
优选地，所述介质基板的长宽为131mm*15mm。
根据上面的描述和实践可知，本发明所述的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，同时覆盖5.15-5.85GHz和5.925-7.125GHz频段，且其不圆度均保持在2.5dBi以下，具有良好的全向辐射性能。
另外，通过将馈电点选在偏离中心导体带中心1/4介质波长的地方，可以对一分二馈电产生180度相位补偿，克服串联馈电带来的辐射方向图随频率偏移的问题，在实现宽带宽的同时保持增益稳定，稳定辐射方向图最大增益方向。
此外，通过在介质基板的第二侧面的馈电线两侧引入改进的带阶梯形的“η”形微带线作为扼流线，解决同轴线转共面波导馈电时带来的阻抗匹配恶化问题，优化端口匹配。
另外，通过介质板第一侧面的三组改进型辐射贴片与中心导体带组成共面波导结构，比传统直接馈电的WiFi天线更容易实现宽带宽，整体结构更紧凑。
此外，通过在中心导体带的末端连接了多边形辐射片作为终端负载贴片，可以提高带宽和降低辐射方向图的不圆度，实现良好的全向辐射。
附图说明
图1为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的第一侧面的结构示意图。
图2为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的第二侧面的结构示意图。
图3为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的驻波比图。
图4为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的辐射效率图。
图5为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的增益图。
图6为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的不圆度图。
图中的附图标记为：
1、介质基板；
2、中心导体带；
3、辐射贴片,31、第一辐射贴片，32、第二辐射贴片，33、第三辐射贴片；
4、负载贴片；
5、辐射贴片连接线，51、第一辐射贴片连接线，52、第二辐射贴片连接线；
6、馈电线；
7、扼流线。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例性实施方式。然而，示例性实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例性实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。需要说明的是，本公开中，用语“包括”、“配置有”、“设置于”用以表示开放式的包括在内的意思，并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象数量或次序的限制；术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的第一侧面的结构示意图。图2为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的第二侧面的结构示意图。
请参考图1和图2，所述应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线包含有一介质基板1，介质基板1在该实施例中为介电常数为4.4、长度为131mm、宽度为15mm、厚度为1.6mm的FR4板，在一定程度上能够降低天线的制作成本，其具有相向设置的第一侧面和第二侧面，图1示出了第一侧面上的结构，图2示出了第二侧面上的结构。
在介质基板1的第一侧面上设置有共面波导结构，该共面波导结构包括：中心导体带2和对称设在中心导体带2两侧的辐射贴片3。中心导体带2为长条状的金属导体，在该实施例中其长宽为96.2mm*0.45mm。
在中心导体带2的两端分别设置一负载贴片4，负载贴片4与中心导体带2直接相连。在该实施例中，负载贴片4为1/2的正八边形、矩形和等腰三角形组成的多边形结构。其中该正八边形的边长为3.5mm，该矩形的长宽为10.7mm*9.1mm，该等腰三角形的宽高为9.1mm*4mm。负载贴片4的作用是提高天线的带宽和降低辐射方向图的不圆度，实现良好的全向辐射。
在介质基板1的第一侧面上设置有辐射贴片连接线5、馈电线6和扼流线7。其中辐射贴片连接线5的两端经由贯穿介质基板1的金属过孔分别与中心导体带2两侧的辐射贴片3相连。辐射贴片连接线5的作用是保证第一侧面上中心导体带2两侧的辐射贴片3的辐射电流均衡，从而稳定辐射性能。
在该实施例中，在中心导体带2的两侧分别设置了三组辐射贴片，分别是：第一辐射贴片31、第二辐射贴片32和第三辐射贴片33。其中第一辐射贴片31和第二辐射贴片32通过微带线路直接连接在一起。相应地，在介质基板1的第二侧面上设有一条第一辐射贴片连接线51和两条第二辐射贴片连接线52。其中，第一辐射贴片连接线51的两端经由贯穿介质基板1的金属过孔分别与中心导体带2两侧的第一辐射贴片31相连。
而所述两条第二辐射贴片连接线52设置在介质基板1的第二侧面上与第三辐射贴片33的两端相对的位置处，并且，第二辐射贴片连接线52的两端经由贯穿介质基板1的金属过孔分别与中心导体带2两侧的第三辐射贴片33相连，也即两条第二辐射贴片连接线52设置在第三辐射贴片33两端的第二侧面上。通过上述两个两条第二辐射贴片连接线52，可以保证第三辐射贴片33的辐射电流均衡，从而稳定辐射性能。
具体地，在该实施例中，第一辐射贴片31的长宽为24.2mm*6.6mm，第二辐射贴片32的长宽为26.4mm*6.6mm，第三辐射贴片33的长宽为26.3mm*6.6mm。
馈电线6则经由贯穿所述介质基板的金属过孔与中心导体带2上的馈电点相连。并且该馈电点设置于距中心导体带2的中心1/4介质波长的位置处，通过将馈电点设在偏离中心导体带2中心适当距离的地方，可以对一分二馈电产生180度相位补偿，克服串联馈电带来的辐射方向图随频率偏移的问题，在实现宽带宽的同时还能保持增益稳定，稳定辐射方向图最大增益方向。
扼流线7对称设置在馈电线6的两侧，并经由贯穿所述介质基板1的金属过孔与第二辐射贴片32相连。在该实施例中，共设置了两个形状为“η”形的微带线，且对称设置在馈电线6的两侧，并且经由金属过孔分别与介质基板1的第一侧面的两个第二辐射贴片32相连。扼流线7的作用是解决同轴线转共面波导馈电时带来的阻抗匹配恶化问题，优化端口匹配。
上述馈电线6用于与天线馈线的芯线相连，扼流线7用于与天线馈线的地线相连，从而向该应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线馈入电信号。
图3为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的驻波比图。该图中示出了上述应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线在5.0GHz-7.5GHz频段内的驻波比曲线图，从图中可知悉在WiFi5GHz频段(5.15GHz-5.85GHz)和WiFi6GHz频段(5.925GHz-7.125GHz)内的驻波比均小于2，确保全向宽频WiFi天线可应用于WiFi5GHz和6GHz频段内，具有较高的实用价值。
图4为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的辐射效率图。该图中示出了上述应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线在5.0GHz-7.5GHz频段内的辐射效率曲线图，从图中可知悉在WiFi5GHz频段(5.15GHz-5.85GHz)和WiFi6GHz频段(5.925GHz-7.125GHz)内的辐射效率均大于0.7，确保全向宽频WiFi天线在应用于WiFi5GHz和6GHz频段时，具有较高的辐射效率。
图5为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的增益图。该图中示出了上述应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线在5.0GHz-7.5GHz频段内的增益曲线图，从图中可知悉在WiFi5GHz频段(5.15GHz-5.85GHz)和WiFi6GHz频段(5.925GHz-7.125GHz)内的增益均在5dBi以上，并且保持较为稳定。
图6为本发明的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线的不圆度图。图中示出了上述应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线在5.0GHz-7.5GHz频段内的不圆度曲线图，从图中可知悉在WiFi5GHz频段(5.15GHz-5.85GHz)内的不圆度均小于2dBi，在WiFi6GHz频段(5.925GHz-7.125GHz)内的不圆度均小于3.6dBi，具有良好的全向辐射性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，其特征在于，包括：
介质基板，具有相向的第一侧面和第二侧面；
共面波导结构，设置在介质基板的第一侧面上，包含中心导体带和对称设在中心导体带两侧的辐射贴片；
负载贴片，设置在所述中心导体带的两端，与所述中心导体带连接；
辐射贴片连接线，设置在所述介质基板的第二侧面上，其两端经由贯穿所述介质基板的金属过孔分别与所述中心导体带两侧的辐射贴片相连；
馈电线，设置在所述介质基板的第二侧面上，经由贯穿所述介质基板的金属过孔与所述中心导体带上的馈电点相连；以及
扼流线，对称设置在所述馈电线的两侧，经由贯穿所述介质基板的金属过孔与所述辐射贴片相连。
2.如权利要求1所述的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，其特征在于，
所述中心导体带的两侧各设有三个辐射贴片，分别是第一辐射贴片、第二辐射贴片和第三辐射贴片，且所述第一辐射贴片和第二辐射贴片连接在一起；
所述辐射贴片连接线包括：两端分别连接在所述第一辐射贴片上的第一辐射贴片连接线、以及分别设于所述第三辐射贴片沿天线长向两端的共两个第二辐射贴片连接线，且所述第二辐射贴片连接线的两端分别连接在所述中心导体带两侧的所述第三辐射贴片上。
3.如权利要求2所述的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，其特征在于，所述第一辐射贴片的长宽为24.2mm*6.6mm，所述第二辐射贴片的长宽为26.4mm*6.6mm，所述第三辐射贴片的长宽为26.3mm*6.6mm。
4.如权利要求1所述的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，其特征在于，所述馈电点与所述中心导体带中心的距离为1/4介质波长。
5.如权利要求1所述的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，其特征在于，所述扼流线的形状为“η”形。
6.如权利要求1所述的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，其特征在于，所述负载贴片为1/2的正八边形、矩形和等腰三角形组成的多边形结构。
7.如权利要求6所述的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，其特征在于，所述正八边形的边长为3.5mm，所述矩形的长宽为10.7mm*9.1mm、所述等腰三角形的宽高为9.1mm*4mm。
8.如权利要求1至7中任一项所述的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，其特征在于，所述中心导体带的长宽为96.2mm*0.45mm。
9.如权利要求1至7中任一项所述的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，其特征在于，所述介质基板为介电常数为4.4、厚度为1.6mm的FR4板。
10.如权利要求9所述的应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线，其特征在于，所述介质基板的长宽为131mm*15mm。
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