CN210866497U

CN210866497U - 一种超宽带二元阵定向天线

Info

Publication number: CN210866497U
Application number: CN201921574763.1U
Authority: CN
Inventors: 刘丽珍; 袁子伦; 范运兴; 信金龙; 唐朝云; 杨新鑫
Original assignee: Zhengzhou Locaris Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Zhengzhou Locaris Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-09-21
Filing date: 2019-09-21
Publication date: 2020-06-26
Anticipated expiration: 2029-09-21

Abstract

本实用新型公开了一种超宽带二元阵定向天线，包括阵元一、阵元二、天线阵介质板一、天线阵介质板二、空气层和SMA接头，阵元一位于天线左边，阵元二位于天线右边，天线阵介质板一位于空气层上面，天线阵介质板二位于空气层下面，阵元一与阵元二结构相同，且阵元一与阵元二背对背水平面错开布阵，距离相差一个波长，天线阵介质板一正面左边用黄铜刻蚀馈电网络，且天线阵介质板一右边刻蚀矩形辐射单元。该超宽带二元阵定向天线，使用二元阵定向天线设计，具有辐射定向，且向双向辐射（前后两个方向），增益大（可达8dBi），这样的双向辐射适合在电力管廊这种狭长的环境下使用。

Description

一种超宽带二元阵定向天线

技术领域

本实用新型属于无线通讯技术技术领域，具体涉及一种超宽带二元阵定向天线。

背景技术

近年来，超宽带越来越多的用于各种领域，如地下管廊，物流，监狱，防丢等等，在人员密集、空间封闭的地方，超宽带定位具有定位准确、精度高的优势，然而，现在绝大多数环境，如廊道内电力设备巡检等，主要还是以人工方式为主，因此对巡视人员定位就尤其重要。

超宽带（Ultra Wide Band，UWB）技术是目前备受关注的一种新型短距离高速率无线通信技术，发送功率低于-41.3dBm/MHz，工作带宽超过500MHz的天线就是超宽带天线。

超宽带是一种比较狭长的环境，大多数UWB天线都是全向辐射，而且增益较低，大多为2-3dBi，因此UWB全向天线并是适合使用在次环境下。

在封闭的空间，室外的GPS定位肯定不能用了，这样的环境需要室内定位，常用的室内定位方式有wifi、蓝牙、WUB（超宽带）等，但是由于wifi和蓝牙定位功率较大，精度不高，而UWB定位，具有低功耗，高精度特点，因此非常适合用于超宽带定位。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种超宽带二元阵定向天线，具备辐射定向、且双向辐射（前后两个方向）、增益大（可达8dBi）优点，解决了传统定向天线只能向一个方向辐射的问题。

本实用新型提供如下技术方案：一种超宽带二元阵定向天线，包括阵元一、阵元二、天线阵介质板一、天线阵介质板二、空气层和SMA接头，所示阵元一位于天线左边，所述阵元二位于天线右边，所述天线阵介质板一位于空气层上面，所述天线阵介质板二位于空气层下面，所述阵元一与阵元二结构相同，且阵元一与阵元二背对背水平面错开布阵，距离相差一个波长。

一种超宽带二元阵定向天线，包括以下步骤：

步骤1、首先确定阵元定向天线结构；

步骤2、再根据阵元定向天线结构，将阵元一与阵元二背对背水平面错开布阵，从而实现可以向前后两个方向辐射的具有双向辐射特征的二元阵定向天线；

步骤3、为减小两阵元间耦合，阵元距离相差一个波长；

步骤4、为降低成本、二元阵定向组装方便，将馈电网络与矩形辐射单元设计在一块介质板上面；

步骤5、采用固定支柱及螺丝将天线阵介质一与天线阵介质二分开。

优选的，步骤1中阵元定向天线实现包括：

采用微带结构实现定向辐射，双馈电方式实现双极化，空气层的设计即可降低介质对天线效率的损耗又可以增加天线的带宽。

优选的，调整矩形辐射单元长度、宽度达到50Ω实阻抗，最终矩形辐射单元长、宽约为二分之一波长。

优选的，调整空气层高度，达到1GHz带宽要求。

优选的，改变馈电针的位置，实现50Ω阻抗匹配。

优选的，单独设计完成的两级威尔金森等功分馈电网络放置在天线底部。

优选的，采用塑料支柱及螺丝螺母固定天线，并准确的设置空气层的高度。

优选的，将两个阵元天线背对背水平面错开布阵，具体为：阵元一位于天线左边，阵元二位于天线右边，天线阵介质板一在所述空气层上面，天线阵介质板二位于空气层下面。

优选的，天线阵介质板一正面左边用黄铜刻蚀馈电网络右边刻蚀矩形辐射单元，反面左边用黄铜刻蚀金属地板右边没有敷铜。天线阵介质板二正面左边没有敷铜右边用黄铜刻蚀金属地板，反面左边用黄铜刻蚀矩形辐射单元右边刻蚀馈电网络。

有益效果：

一种超宽带二元阵定向天线，使用二元阵定向天线设计，具有辐射定向，且向双向辐射（前后两个方向），增益大（可达8dBi），这样的双向辐射适合在电力管廊这种狭长的环境下使用。

附图说明

图1为阵元的结构示意图；

图2为阵元的主视图；

图3为本新型超宽带二元阵定向天线的俯视图；

图4为本新型超宽带二元阵定向天线的侧视图。

图中：1、矩形辐射单元；2、辐射介质板；3、金属地板；4、馈电介质板；5、SMA接头；6、固定支柱及螺丝；7、馈电网络；8、馈电针；9、金属板开槽；10、空气层；11、阵元一；12、阵元二；13、天线阵介质板一；14、天线阵介质板二。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考图1-2，阵元一11与阵元二12结构相同，阵元一11位于二元阵定向天线的左边，阵元二12位于二元阵定向天线右边，天线阵介质板一13在空气层10上面，天线阵介质板二14位于空气层10下面，为了实现双向辐射，将阵元一11的矩形辐射单元1放置背后，阵元一11的馈电网络7放置前面，阵元二12的矩形辐射单元1放置前面，阵元二12的馈电网络7放置背后，两阵元形成背对背水平面错开布阵方式，为降低阵元间耦合阵元距离相差一个波长，将阵元一11的馈电网络7与阵元二12的矩形辐射单元1使用黄铜刻蚀在天线阵介质板一13上面，阵元一11的金属地板3使用黄铜刻蚀在天线阵介质板一13下面，将阵元二12的馈电网络7与阵元一11的矩形辐射单元1使用黄铜刻蚀在天线阵介质板二14下面，阵元二12的金属地板3使用黄铜刻蚀在天线阵介质板二14上面，使用固定支柱及螺丝6将天线阵介质板一13与天线阵介质板二14固定并分开，形成空气层10，这样结构的二阵元定向天线不仅降低成本，简易安装，而且可以提供前后两个辐射方向。

参考图3-4阵元包括辐射介质板2、馈电介质板4、金属地板3、矩形辐射单元1、馈电网络7、空气层10、馈电针8、固定支柱及螺丝6，辐射介质板2位于空气层10的上面，馈电介质板4位于空气层10下面，的馈电针8一端焊接在矩形辐射单元1，穿过辐射介质板2、空气层10、金属地板3、馈电介质板4后另一端与馈电网络7的输出端连接，馈电网络7输入端连接SMA接头5，馈电针8穿过金属地板3的周围开有金属板开槽9，矩形辐射单元1使用黄铜刻蚀在辐射介质板2正面，辐射介质板2反面无敷铜，金属地板3使用黄铜刻蚀在馈电介质板4正面，馈电网络7使用黄铜刻蚀在馈电介质板4反面，用固定支柱及螺丝6将辐射介质板2与馈电介质板4固定并分开，形成空气层10，这样结构可有效的展宽天线带宽。

对于阵元一的具体实施步骤如下：

步骤1、首先根据定向天线结构类型，选择剖面较低的微带结构；

步骤2、再根据UWB工作频率，确定电磁波在介质板中的波长，从而大概确定阵元天线的尺寸及矩形辐射单元的尺寸；

步骤3、再根据UWB对工作带宽要求，选择空气层10来实现超宽的方法；

步骤4、采用双馈电点馈电方式，实现双极化；

步骤5、采用两级威尔金森等功分的两输出馈电网络7，通过馈电针8给矩形辐射单元1馈电；

步骤6、采用固定支柱及螺丝6将辐射介质板2与馈电介质板4分开，中间形成空气层10。

本新型统一采用F4B板材，相对介电常数为2.56，厚度为0.8mm，矩形辐射单元1尺寸为二分之一波长，空气层10尺寸为十二分之一波长。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种超宽带二元阵定向天线，包括阵元一（11）、阵元二（12）、天线阵介质板一（13）、天线阵介质板二（14）、空气层（10）和SMA接头（5），其特征在于：所示阵元一（11）位于天线左边，所述阵元二（12）位于天线右边，所述天线阵介质板一（13）位于空气层（10）上面，所述天线阵介质板二（14）位于空气层（10）下面。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带二元阵定向天线，其特征在于：所述阵元一（11）与阵元二（12）结构相同，且阵元一（11）与阵元二（12）背对背水平面错开布阵，距离相差一个波长。

3.根据权利要求1所述的一种超宽带二元阵定向天线，其特征在于：所述阵元一（11）包括辐射介质板（2）、馈电介质板（4）、金属地板（3）、矩形辐射单元（1）、馈电网络（7）、空气层（10）、馈电针（8）、固定支柱及螺丝（6），所述辐射介质板（2）位于空气层（10）的上面，所述馈电介质板（4）位于空气层（10）下面，所述的馈电针（8）的一端焊接在矩形辐射单元（1）上，并穿过辐射介质板（2）、空气层（10）、金属地板（3）、馈电介质板（4）后另一端与馈电网络（7）的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的一种超宽带二元阵定向天线，其特征在于：所述天线阵介质板一（13）正面左边用黄铜刻蚀馈电网络（7），且天线阵介质板一（13）右边刻蚀矩形辐射单元（1），所述天线阵介质板一（13）反面左边用黄铜刻蚀金属地板（3），且天线阵介质板一（13）右边没有敷铜，所述天线阵介质板二（14）正面左边没有敷铜，且天线阵介质板二（14）右边用黄铜刻蚀金属地板（3），所述天线阵介质板二（14）反面左边用黄铜刻蚀矩形辐射单元（1），且天线阵介质板二（14）右边刻蚀馈电网络（7），所述天线阵介质板一（13）和天线阵介质板二（14）由固定支柱及螺丝（6）支撑分开，中间形成空气层（10）。

5.根据权利要求3所述的一种超宽带二元阵定向天线，其特征在于：所述矩形辐射单元（1）尺寸与二阵元定向天线工作频率相关，所述空气层（10）厚度与二阵元定向天线工作带宽相关，所述二阵元定向天线工作频段为4GHz，所述二阵元定向天线带宽为1.2GHz。

6.根据权利要求3所述的一种超宽带二元阵定向天线，其特征在于：所述馈电针（8）90°分布，所述馈电针（8）分布与二阵元定向天线极化形式相关，所述二阵元定向天线极化为双线极化。

7.根据权利要求3所述的一种超宽带二元阵定向天线，其特征在于：所述馈电网络（7）为两级威尔金森等功分。

8.根据权利要求3至5的任一项所述的一种超宽带二元阵定向天线，其特征在于：所述矩形辐射单元（1）尺寸约为工作频率的二分之一，所述空气层（10）高度约为工作频率的十二分之一。