CN114039196B - 一种高性能的4g天线 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种高性能的4G天线，属于天线领域，其包括基板、安装于基板上且由金属件制作的天线辐射体以及与天线辐射体相连接的信号芯片；天线辐射体的走线形状包括“山”字型形状、第一“C”型形状以及第二“C”型形状；“山”字型形状与第一“C”型形状之间设有间隙；通过调节天线辐射体的馈线长度、宽度或间隙的大小，实现对天线带宽的调节。本申请具有使天线的阻抗更加适配的效果。

Description

一种高性能的4G天线
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其是涉及一种高性能的4G天线。
背景技术
天线，是将高频电流或波导方式的能量转变成电磁波，然后向规则方向发射出去，或者把来自必定方向的电磁波还原成高频电流的一种设备，若按外型分类，天线可分为全向天线和定向天线。
定向天线在水平方向图上的表现为必定角度规划辐射，相当于有方向性，在垂直方向图上的表现为必定宽度的波束，常见的定向天线包括4G天线。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在的缺陷在于：传统的4G天线在调试带宽时较难，阻抗匹配度较低，不便于与终端设备相匹配。对此，有待进一步改进。
发明内容
为了使天线的阻抗更加适配，本申请提供一种高性能的4G天线。
本申请提供的一种高性能的4G天线采用如下的技术方案：
一种高性能的4G天线，包括基板、安装于所述基板上且由金属件制作的天线辐射体以及与天线辐射体相连接的信号芯片；所述天线辐射体的走线形状包括“山”字型形状、第一“C”型形状以及第二“C”型形状；所述“山”字型形状的开口朝向第一“C”型形状，所述第一“C”型形状的开口朝向“山”字型形状，所述第二“C”型形状的开口与第一“C”型形状的开口方向相同；所述“山”字型形状与第一“C”型形状之间设有间隙；
所述“山”字型形状包括：由馈电点的馈线所围成的“一”字型馈线，以及与“一”字型馈线一端连接且开口朝向“一”字型馈线的半开口型馈线；
所述第一“C”型形状包括：由接地点的馈线所围成的第一“C”型馈线；
所述第二“C”型形状包括：安装于所述第一“C”型馈线远离“一”字型馈线一侧且与第一“C”型馈线相连接的第二“C”型馈线；
通过调节所述天线辐射体的馈线长度、宽度或所述间隙的大小，实现对天线带宽的调节。
通过采用上述技术方案，“山”字型形状、第一“C”型形状以及第二“C”型形状的天线辐射体的空间利用率较高，且便于调节馈线的长度、宽度或间隙的大小，从而拓展带宽，使天线的阻抗更加适配。
优选的，所述半开口型馈线的走线形状呈C型。
通过采用上述技术方案，走线形状呈C型的设计可以充分利用基板的使用空间，减少空间利用率的浪费，从而提高天线辐射体的实用性。
优选的，所述“山”字型形状包括A馈线、B馈线、C馈线、D馈线；所述B馈线与A馈线的一端相连接，所述C馈线与B馈线的另一端相连接，所述D馈线与B馈线的侧边相连接；所述A馈线、C馈线、D馈线相互平行，所述A馈线与B馈线相互垂直；所述A馈线的长度与C馈线的长度相同，所述D馈线的长度相较于A馈线的长度长；
所述第一“C”型形状包括E馈线、F馈线、G馈线；所述F馈线与E馈线的一端相连接，所述G馈线与F馈线的另一端相连接；所述E馈线与G馈线相互平行，所述F馈线与E馈线相互垂直；所述E馈线的长度与G馈线的长度相同，所述F馈线的长度与B馈线的长度相同；
所述第二“C”型形状包括H馈线、I馈线、J馈线；所述E馈线与F馈线的交点与H馈线的一端相连接，所述H馈线的另一端与I馈线的一端相连接，所述F馈线与G馈线的交点与J馈线的一端相连接，所述J馈线的另一端与I馈线的另一端相连接；所述H馈线与J馈线相互平行，所述I馈线与H馈线相互垂直；所述H馈线的长度与J馈线的长度相同，所述I馈线的长度与F馈线的长度相同。
通过采用上述技术方案，“山”字型形状、第一“C”型形状以及第二“C”型形状的设计可以进一步方便调节馈线长度、宽度或间隙的大小，从而使天线可以获得更好的电性能参数，便于拓展带宽，使天线的阻抗更加匹配。
优选的，所述基板上安装有不与天线辐射体相连接的阻抗匹配器，所述阻抗匹配器的竖直截面呈长方形，通过调节阻抗匹配器的尺寸以及形状实现对天线带宽的调节。
通过采用上述技术方案，阻抗匹配器可以形成低驻波的特性，使天线的阻抗更加匹配，从而便于与终端设备相匹配。
优选的，所述阻抗匹配器位于基板上远离天线辐射体的端部。
通过采用上述技术方案，阻抗匹配器位于基板的端部可以充分利用基板有限的使用空间，从而便于实现天线的小型化生产，提高空间利用率。
优选的，所述E馈线的长度为1/4波长。
通过采用上述技术方案，E馈线的长度为天线波长的四分之一，从而可以在单极天线中可以获得最大的增益，提高天线的增益效果。
优选的，所述D馈线的长度为5/8波长。
通过采用上述技术方案，D馈线的长度为天线波长的八分之五，从而可以在单极天线中可以获得最大的增益，进一步提高天线的增益效果。
优选的，在满足以下条件的基础上，对所述天线辐射体的馈线长度、馈线线宽或所述间隙进行调节，实现对天线带宽的调节：频率范围为698-960/1710-2700MHz，输入阻抗：50欧，驻波比小于2.0，增益：3dBi，水平角度：360度，垂直角度：55度，功率容量：50W。
通过采用上述技术方案，在满足以上条件的基础上，天线辐射体的通信频段可以实现覆盖双频段，得到较高的增益，从而提高天线辐射体的实用性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.“山”字型形状、第一“C”型形状以及第二“C”型形状的天线辐射体的空间利用率较高，且便于调节馈线的长度、宽度或间隙的大小，从而拓展带宽，使天线的阻抗更加适配；
2.阻抗匹配器可以形成低驻波的特性，使天线的阻抗更加匹配，从而便于与终端设备相匹配；3.E馈线的长度为天线波长的四分之一，D馈线的长度为天线波长的八分之五，从而可以在单极天线中可以获得最大的增益，提高天线的增益效果。
附图说明
图1是本申请的一种实施例的结构示意图。
图2是本申请的一种实施例的天线辐射体的剖视图。
图3是本申请的一种实施例的B馈线的放大图。
图4是本申请的一种实施例的F馈线的放大图。
图5是本申请的一种实施例的阻抗匹配器的放大图。
附图标记说明：
1、天线辐射体；11、A馈线；12、B馈线；13、C馈线；14、D馈线；15、E馈线；16、F馈线；17、G馈线；18、H馈线；19、I馈线；191、J馈线；
2、基板；
3、接头；31、下固定座；32、上固定座；33、连接电缆；34、保护杆套；
4、阻抗匹配器。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种高性能的4G天线。
参照图1，天线包括接头3、下固定座31以及上固定座32，下固定座31固定安装在接头3上，而上固定座32活动铰接在下固定座31远离接头3的一侧，同时，在上固定座32远离接头3的一侧安装有保护杆套34；在接头3靠近保护杆套34的一侧铆压安装有连接电缆33，连接电缆33位于保护杆套34内；在本实施例中，连接电缆33的外导体以及内导体均采用铜材质所制作；为了减少连接电缆33的氧化情况，故把外导体以及内导体均进行镀锡处理，并且连接电缆33的介质采用耐高温的PTFE(聚四氟乙烯)，从而结构牢固，外观美观。
参照图1和图2，天线还包括基板2、天线辐射体1以及信号芯片，基板2为Fr4单面覆铜PCB板；由于介电常数越大，天线的损耗越大，故把介电常数的范围设置为4.2-4.6；基板2安装在连接电缆33远离接头3的一侧，而天线辐射体1安装在基板2上；天线辐射体1由金属件制作，在本实施例中，金属件包括铜、银以及钨；同时，信号芯片与天线辐射体1相连接。
在天线竖直立起来，天线辐射体1竖直截面最长一边为天线辐射体1的长度；为了使天线辐射体1的性能更佳，故天线辐射体1的长度是天线波长的整数倍。
方向性是指天线水平面的不圆度，是衡量天线重要性能的指标之一；在360度的水平面内，方向性好的天线方向性都比较强，而方向性不好的天线在某个方向是比较强，但在其他方向却比较弱；由金属件制作的天线辐射体1的损耗小且方向性好。
参照图2和图3，天线辐射体1的走线形状包括“山”字型形状、第一“C”型形状以及第二“C”型形状；把天线竖直立起来时，“山”字型形状、第一“C”型形状以及第二“C”型形状从上往下依次分布；其中，“山”字型形状的开口朝向第一“C”型形状；而第一“C”型形状的开口朝向“山”字型形状；同时，第二“C”型形状的开口与第一“C”型形状的开口方向相同；
在本实施例中，“山”字型形状的天线辐射体1为辐射振子，能够发射和接收电磁波能量；而第一“C”型形状以及第二“C”型形状的天线辐射体1为接地振子，辐射振子与接地振子馈电后构成半波振子。
其中，“山”字型形状包括“一”字型馈线以及半开口型馈线，“一”字型馈线由连接有馈电点的馈线所围成，馈电点与连接电缆33的内导体连接导通；而半开口型馈线的中心凹口处与“一”字型馈线的一端相连接，半开口型馈线的开口朝向“一”字型馈线；为了充分利用基板2的使用空间、便于实现小型化，故半开口型馈线的走线形状呈C型。
具体的，参照图2和图3，“山”字型形状包括A馈线11、B馈线12、C馈线13、D馈线14；其中，B馈线12与A馈线11的一端相连接，C馈线13与B馈线12的另一端相连接，D馈线14与B馈线12的侧边相连接；在本实施例中，A馈线11、C馈线13、D馈线14三者相互平行，A馈线11与B馈线12两者相互垂直；同时，A馈线11的长度与C馈线13的长度相同，D馈线14的长度相较于A馈线11的长度长。
其中，第一“C”型形状包括第一“C”型馈线，第一“C”型馈线由连接有接地点的馈线所围成；接地点与连接电缆33的外导体连接导通。
具体的，参照图2和图4，第一“C”型形状包括E馈线15、F馈线16、G馈线17；F馈线16与E馈线15的一端相连接，G馈线17与F馈线16的另一端相连接；在本实施例中，E馈线15与G馈线17两者相互平行，F馈线16与E馈线15两者相互垂直；同时，E馈线15的长度与G馈线17的长度相同，F馈线16的长度与B馈线12的长度相同。
其中，第二“C”型形状包括第二“C”型馈线，第二“C”型馈线安装在第一“C”型馈线远离“一”字型馈线的一侧，第二“C”型馈线与第一“C”型馈线相连接。
具体的，参照图2和图4，第二“C”型形状包括H馈线18、I馈线19、J馈线191；E馈线15与F馈线16的交点与H馈线18的一端相连接，H馈线18的另一端与I馈线19的一端相连接，F馈线16与G馈线17的交点与J馈线191的一端相连接，J馈线191的另一端与I馈线19的另一端相连接；在本实施例中，H馈线18与J馈线191相互平行，I馈线19与H馈线18相互垂直；同时，H馈线18的长度与J馈线191的长度相同，I馈线19的长度与F馈线16的长度相同。
可以根据实际要求对天线辐射体1的馈线长度以及宽度进行调节，实现调节天线的带宽，使天线的阻抗更加适配。
参照图2，E馈线15的长度为1/4的天线波长，D馈线14的长度为5/8的天线波长，从而在单极天线中可以获得最大的天线增益。
在满足以下条件的基础上，对天线辐射体1的馈线长度、馈线线宽或间隙进行调节，实现对天线带宽的调节：频率范围为698-960/1710-2700MHz，输入阻抗为50欧，而驻波比小于2.0，增益为3dBi，同时，水平角度为360度，垂直角度为55度，功率容量为50W；其中，频带较宽，覆盖2G、3G、4G频段，驻波比低，天线的不圆度好，故能与终端设备相匹配，并提供较好的电性能指标。
参照图2，在“山”字型形状与第一“C”型形状之间设有间隙，通过调节间隙大小可以实现对天线带宽的调节；
参照图2和图4，为了进一步使天线的阻抗更加适配，故在基板2上安装有阻抗匹配器4，阻抗匹配器4不与天线辐射体1相连接；在本实施例中，阻抗匹配器4的竖直截面呈长方形，在其他实施例中还可以是正方形；可以通过调节阻抗匹配器4的尺寸以及形状来实现调节天线的带宽，形成低驻波的特性。
参照图2和图5，为了充分利用基板2的空间，进一步便于实现小型化，故把阻抗匹配器4设于远离天线辐射体1的基板2端部。
本申请实施例一种高性能的4G天线的实施原理为：天线辐射体1的走线形状包括“山”字型形状、第一“C”型形状以及第二“C”型形状，同时，在远离天线辐射体1的基板2端部设置有阻抗匹配器4；通过调节天线辐射体的馈线长度、宽度或馈线之间的间隙大小或阻抗匹配器4的尺寸、形状，来实现对天线带宽的调节。
发明人对本申请中的天线结构进行了一系列测试，具体如下：
由表1可知，本申请的天线达到了行业天线的设计要求，覆盖频率、辐射效率、增益都较好；其中，Frequency为覆盖频率，Efficiency为辐射效率，Gain为增益。
表1
Frequency Efficiency(％) Gain(dBi)
700MHz 16.03 -4.34
720MHz 15.92 -4.19
740MHz 15.17 -4.4
760MHz 13.34 -5.25
780MHz 13.46 -5.47
800MHz 14.86 -4.83
820MHz 12.25 -5.57
840MHz 13.71 -4.64
860MHz 12.74 -4.32
880MHz 13.12 -3.61
900MHz 16.48 -2.26
920MHz 17.26 -1.92
940MHz 18.28 -1.89
960MHz 18.84 -1.97
1.71GHz 7.11 -6.31
1.81GHz 19.77 -2.34
1.91GHz 37.58 -0.38
2.01GHz 37.76 -0.23
2.11GHz 32.14 -0.04
2.21GHz 45.81 0.71
2.31GHz 48.87 0.74
2.41GHz 71.94 1.77
2.51GHz 55.85 1.04
2.61GHz 57.41 1.64
2.71GHz 52.6 0.79
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高性能的4G天线，其特征在于：包括基板（2）、安装于所述基板（2）上且由金属件制作的天线辐射体（1）以及与天线辐射体（1）相连接的信号芯片；所述天线辐射体（1）的走线形状包括“山”字型形状、第一“C”型形状以及第二“C”型形状；所述“山”字型形状的开口朝向第一“C”型形状，所述第一“C”型形状的开口朝向“山”字型形状，所述第二“C”型形状的开口与第一“C”型形状的开口方向相同；所述“山”字型形状与第一“C”型形状之间设有间隙；
所述“山”字型形状包括：由馈电点的馈线所围成的“一”字型馈线，以及与“一”字型馈线一端连接且开口朝向“一”字型馈线的半开口型馈线；
所述第一“C”型形状包括：由接地点的馈线所围成的第一“C”型馈线；
所述第二“C”型形状包括：安装于所述第一“C”型馈线远离“一”字型馈线一侧且与第一“C”型馈线相连接的第二“C”型馈线；
通过调节所述天线辐射体的馈线长度、宽度或所述间隙的大小，实现对天线带宽的调节。
2.根据权利要求1所述的4G天线，其特征在于：所述半开口型馈线的走线形状呈C型。
3.根据权利要求1所述的4G天线，其特征在于：所述“山”字型形状包括A馈线（11）、B馈线（12）、C馈线（13）、D馈线（14）；所述B馈线（12）与A馈线（11）的一端相连接，所述C馈线（13）与B馈线（12）的另一端相连接，所述D馈线（14）与B馈线（12）的侧边相连接；所述A馈线（11）、C馈线（13）、D馈线（14）相互平行，所述A馈线（11）与B馈线（12）相互垂直；所述A馈线（11）的长度与C馈线（13）的长度相同，所述D馈线（14）的长度相较于A馈线（11）的长度长；
所述第一“C”型形状包括E馈线（15）、F馈线（16）、G馈线（17）；所述F馈线（16）与E馈线（15）的一端相连接，所述G馈线（17）与F馈线（16）的另一端相连接；所述E馈线（15）与G馈线（17）相互平行，所述F馈线（16）与E馈线（15）相互垂直；所述E馈线（15）的长度与G馈线（17）的长度相同，所述F馈线（16）的长度与B馈线（12）的长度相同；
所述第二“C”型形状包括H馈线（18）、I馈线（19）、J馈线（191）；所述E馈线（15）与F馈线（16）的交点与H馈线（18）的一端相连接，所述H馈线（18）的另一端与I馈线（19）的一端相连接，所述F馈线（16）与G馈线（17）的交点与J馈线（191）的一端相连接，所述J馈线（191）的另一端与I馈线（19）的另一端相连接；所述H馈线（18）与J馈线（191）相互平行，所述I馈线（19）与H馈线（18）相互垂直；所述H馈线（18）的长度与J馈线（191）的长度相同，所述I馈线（19）的长度与F馈线（16）的长度相同。
4.根据权利要求1所述的4G天线，其特征在于：所述基板（2）上安装有不与天线辐射体（1）相连接的阻抗匹配器（4），所述阻抗匹配器（4）的竖直截面呈长方形，通过调节阻抗匹配器（4）的尺寸以及形状实现对天线带宽的调节，所述阻抗匹配器（4）靠近所述第二“C”型形状设置，所述阻抗匹配器（4）设置在所述第二“C”型形状远离“一”字型馈线一侧。
5.根据权利要求4所述的4G天线，其特征在于：所述阻抗匹配器（4）位于基板（2）上远离天线辐射体（1）的端部。
6.根据权利要求3所述的4G天线，其特征在于：所述E馈线（15）的长度为1/4波长。
7.根据权利要求3所述的4G天线，其特征在于：所述D馈线（14）的长度为5/8波长。
8.根据权利要求6或7所述的4G天线，其特征在于：在满足以下条件的基础上，对所述天线辐射体（1）的馈线长度、馈线线宽或所述间隙进行调节，实现对天线带宽的调节：频率范围为698-960/1710-2700MHz，输入阻抗：50欧，驻波比小于2.0，增益：3dBi，水平角度：360度，垂直角度：55度，功率容量：50W。
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