CN215896703U - 双频双馈高增益滤波天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双频双馈高增益滤波天线及电子设备，包括PCB板、两个低频单元、三个高频单元、第一同轴线、第二同轴线、第三同轴线和CPW传输线；PCB板包括相对的第一面和第二面，CPW传输线包括CPW信号线和CPW地线；两个低频单元设置于PCB板的第一面上，三个高频单元设置于PCB板的第二面上；第二同轴线与第一低频单元连接，第一低频单元和第二低频单元通过第三同轴线连接；第一同轴线与第一高频单元连接，第一高频单元、第二高频单元和第三高频单元通过CPW传输线依次连接；CPW地线在第二高频单元的一侧处设有第一断缝。本实用新型可提升天线增益。

Description

双频双馈高增益滤波天线及电子设备

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种双频双馈高增益滤波天线及电子设备。

背景技术

目前市面上路由器或ONT的双频双馈高增益WIFI天线，通常支持2.4GHz和5GHz双频工作。为实现高增益(增益>4dBi)，通常需要3个高频单元，并通过同轴电缆连接，或者为降低成本，将同轴电缆替换为单面CPW(共面波导)传输线。其共同点在于，中间的高频单元为纯粹的寄生单元，其上仅有少量耦合的高频功率。因此3个高频单元幅度分配失衡，其E面方向图副瓣抑制较差(通常不大于3dB)，限制了主瓣增益的提高。

并且，在实际生产中由于单面CPW(由于另一面设置有低频天线振子，所以无法使用屏蔽能力较强的双面CPWG)对信号的屏蔽能力较差，且高低频振子的末端间距较小，导致隔离度临界，批量生产的天线隔离度无法稳定的大于20dB。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种双频双馈高增益滤波天线及电子设备，可提升天线增益。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种双频双馈高增益滤波天线，包括PCB板、第一低频单元、第二低频单元、第一高频单元、第二高频单元、第三高频单元、第一同轴线、第二同轴线、第三同轴线和CPW传输线；所述PCB板包括相对的第一面和第二面，所述CPW传输线包括CPW信号线和CPW地线；

所述第一低频单元、第二低频单元、第二同轴线和第三同轴线设置于所述PCB板的第一面上，所述第一高频单元、第二高频单元、第三高频单元、第一同轴线和CPW传输线设置于所述PCB板的第二面上；

所述第二同轴线与所述第一低频单元连接，所述第一低频单元和第二低频单元通过所述第三同轴线连接；所述第一同轴线与所述第一高频单元连接，所述第一高频单元、第二高频单元和第三高频单元通过所述CPW传输线依次连接；

所述CPW地线在所述第二高频单元的一侧处设有第一断缝。

进一步地，还包括低频馈点焊盘和高频滤波器，所述低频馈点焊盘设置于所述PCB板的第一面上，所述第二同轴线和第三同轴线分别与所述低频馈点焊盘连接；所述高频滤波器设置于所述PCB板的第二面上；所述PCB板上对应所述低频馈点焊盘的位置处设有第一过孔，所述高频滤波器通过所述第一过孔与所述低频馈点焊盘连接。

进一步地，还包括高频馈点焊盘，所述高频馈点焊盘设置于所述PCB板的第二面上，所述第一同轴线和CPW传输线分别与所述高频馈点焊盘连接。

进一步地，所述CPW信号线与所述高频馈点焊盘的连接处设有第二断缝。

进一步地，所述第二断缝为直缝、曲线缝或折线缝。

进一步地，还包括短路线，所述短路线设置于所述PCB板的第一面上；所述PCB板上对应所述高频馈点焊盘的位置处设有第二过孔，对应所述CPW地线的位置处设有第三过孔；所述短路线的一端依次通过所述第二过孔和所述高频馈点焊盘与所述CPW信号线连接，所述短路线的另一端通过所述第三过孔与所述CPW地线连接。

进一步地，所述短路线的长度小于低频工作波长的四分之一。

进一步地，所述第一低频单元和第二低频单元的间距为低频信号在所述第三同轴线中传输时的一个波长的长度。

进一步地，所述第二高频单元和第一高频单元的间距与所述第二高频单元和第三高频单元的间距相同，均为高频信号在所述CPW传输线中传输时的一个波长的长度。

本实用新型还涉及一种电子设备，包括如上所述的双频双馈高增益滤波天线。

本实用新型的有益效果在于：通过将高频单元之前的同轴线替换为CPW传输线，可降低成本；通过将CPW地线在中间的高频单元单侧设置断缝，使得中间的高频单元的一侧成为直接馈电的偶极子，相比于现有技术方案两侧弱耦合馈电的寄生单元，能平衡三个高频单元的幅度分布，改善副瓣抑制，进而提升增益。本实用新型可解决现有技术方案增益偏低的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的一种双频双馈高增益滤波天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二的一种双频双馈高增益滤波天线的结构示意图；

图3为本实用新型的双频双馈高增益滤波天线的驻波示意图；

图4为本实用新型的双频双馈高增益滤波天线的隔离度示意图；

图5为本实用新型的双频双馈高增益滤波天线的低频E面方向图；

图6为本实用新型的双频双馈高增益滤波天线的高频E面方向图。

标号说明：

1、PCB板；2、第一低频单元；3、第二低频单元；4、第一高频单元；5、第二高频单元；6、第三高频单元；7、第一同轴线；8、第二同轴线；9、第三同轴线；10、CPW传输线；11、低频馈点焊盘；12、高频滤波器；13、高频馈点焊盘；14、短路线；

201、第一辐射体；202、第二辐射体；

401、第三辐射体；402、第四辐射体；

501、偶极子单元；502、寄生单元；

1001、CPW信号线；1002、CPW地线；1003、第一断缝；1004、第二断缝。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，一种双频双馈高增益滤波天线，包括PCB板、第一低频单元、第二低频单元、第一高频单元、第二高频单元、第三高频单元、第一同轴线、第二同轴线、第三同轴线和CPW传输线；所述PCB板包括相对的第一面和第二面，所述CPW传输线包括CPW信号线和CPW地线；

所述第一低频单元、第二低频单元、第二同轴线和第三同轴线设置于所述PCB板的第一面上，所述第一高频单元、第二高频单元、第三高频单元、第一同轴线和CPW传输线设置于所述PCB板的第二面上；

所述第二同轴线与所述第一低频单元连接，所述第一低频单元和第二低频单元通过所述第三同轴线连接；所述第一同轴线与所述第一高频单元连接，所述第一高频单元、第二高频单元和第三高频单元通过所述CPW传输线依次连接；

所述CPW地线在所述第二高频单元的一侧处设有第一断缝。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过将CPW地线在中间的高频单元单侧设置断缝，能平衡三个高频单元的幅度分布，改善副瓣抑制，进而提升增益。

进一步地，还包括低频馈点焊盘和高频滤波器，所述低频馈点焊盘设置于所述PCB板的第一面上，所述第二同轴线和第三同轴线分别与所述低频馈点焊盘连接；所述高频滤波器设置于所述PCB板的第二面上；所述PCB板上对应所述低频馈点焊盘的位置处设有第一过孔，所述高频滤波器通过所述第一过孔与所述低频馈点焊盘连接。

由上述描述可知，通过设置低频馈点焊盘，便于连接第二同轴线和第三同轴线；通过在低频馈点增加高频滤波器，极大地改善了高频频段的隔离度。

进一步地，还包括高频馈点焊盘，所述高频馈点焊盘设置于所述PCB板的第二面上，所述第一同轴线和CPW传输线分别与所述高频馈点焊盘连接。

由上述描述可知，通过设置高频馈点焊盘，便于连接第一同轴线和CPW传输线。

进一步地，所述CPW信号线与所述高频馈点焊盘的连接处设有第二断缝。

进一步地，所述第二断缝为直缝、曲线缝或折线缝。

由上述描述可知，CPW信号线在高频馈点焊盘处设置断缝，可形成串联分布电容。

进一步地，还包括短路线，所述短路线设置于所述PCB板的第一面上；所述PCB板上对应所述高频馈点焊盘的位置处设有第二过孔，对应所述CPW地线的位置处设有第三过孔；所述短路线的一端依次通过所述第二过孔和所述高频馈点焊盘与所述CPW信号线连接，所述短路线的另一端通过所述第三过孔与所述CPW地线连接。

进一步地，所述短路线的长度小于低频工作波长的四分之一。

由上述描述可知，通过设置短路线，可形成并联分布电感。

进一步地，所述第一低频单元和第二低频单元的间距为低频信号在所述第三同轴线中传输时的一个波长的长度。

进一步地，所述第二高频单元和第一高频单元的间距与所述第二高频单元和第三高频单元的间距相同，均为高频信号在所述CPW传输线中传输时的一个波长的长度。

本实用新型还涉及一种电子设备，包括如上所述的双频双馈高增益滤波天线。

实施例一

请参照图1，本实用新型的实施例一为：一种双频双馈高增益滤波天线，可应用于路由器或者ONT，本实施例中的双频分别为WIFI的2.4GHz和5GHz。

如图1所示，包括PCB板1、第一低频单元2、第二低频单元3、第一高频单元4、第二高频单元5、第三高频单元6、第一同轴线7、第二同轴线8、第三同轴线9和CPW传输线10。所述PCB板1包括相对的第一面(顶面)和第二面(底面)；所述CPW传输线10包括CPW信号线1001和CPW地线1002，进一步地，包括一条CPW信号线1001和两条CPW地线1002，两条CPW地线1002分别位于CPW信号线1001的两侧。其中，所述第一低频单元2、第二低频单元3、第二同轴线8和第三同轴线9设置于所述PCB板1的第一面上，所述第一高频单元4、第二高频单元5、第三高频单元6、第一同轴线7和CPW传输线10设置于所述PCB板1的第二面上。

所述第二同轴线8与所述第一低频单元2连接，所述第一低频单元2和第二低频单元3通过所述第三同轴线9连接。进一步地，两个低频单元之间的间距约为低频信号在第三同轴线中传输一个波长时的长度。

所述第一同轴线7与所述第一高频单元4连接，所述第一高频单元4、第二高频单元5和第三高频单元6通过所述CPW传输线10依次连接。进一步地，三个高频单元等距分布，即三个高频单元中相邻两个高频单元的间距相同，约为高频信号在所述CPW传输线中传输一个波长时的长度。

所述CPW地线1002在所述第二高频单元5的一侧处设有第一断缝1003。此时，第二高频单元为偶极子+寄生复合单元，其中，靠近第一断缝的一侧为偶极子单元501，另一侧(也即CPW传输线短路一侧)为寄生单元502。偶极子侧由于CPW地线有开缝，因此CPW地线上的高频信号电流直接流向偶极子单元，形成直接馈电；第二高频单元中被第一断缝分开的两个L形辐射臂，构成偶极子的两个辐射臂。寄生单元则只能通过第一高频单元和第三高频单元的少量空间耦合电流以及CPW地线外侧的微弱感应电流间接馈电。

而第一高频单元和第三高频单元为偶极子天线，由CPW传输线两端直接连接馈电。偶极子天线存在两个辐射臂，使用CPW传输线馈电时，一个辐射臂需要与CPW信号线连接，另一个辐射臂需要与CPW地线连接，以构成完整的高频信号回路。

进一步地，如图1所示，还包括低频馈点焊盘11和高频滤波器12，所述低频馈点焊盘11设置于所述PCB板1的第一面上，所述第二同轴线7和第三同轴线8分别与所述低频馈点焊盘11连接；即低频馈点焊盘11用于连接第二同轴线7和第三同轴线8。所述高频滤波器12设置于所述PCB板1的第二面上，且与所述低频馈点焊盘11的位置对应；所述PCB板1上对应所述低频馈点焊盘的位置处设有第一过孔，所述高频滤波器12通过所述第一过孔与所述低频馈点焊盘11连接。

其中，低频馈点焊盘11位于第一低频单元2中。具体地，本实施例中，第一低频单元2包括第一辐射体201和第二辐射体202，第一辐射体201呈设有缺口的矩形，该缺口靠近第二辐射体202，低频馈点焊盘11设置在该缺口处，即低频馈点焊盘11位于第一辐射体201和第二辐射体202之间。第二辐射体202呈U型，且开口背向第一辐射体201。第二同轴线8的一端依次与第一辐射体201和低频馈点焊盘11连接；第三同轴线9的一端依次与第二辐射体202和低频馈点焊盘11连接，另一端与第二低频单元3连接。

在具体实现时，可通过在PCB板的第一面的一端的特定区域覆铜，以形成第一辐射体，第一辐射体可作为高频滤波器的参考地。

本实施例中，高频滤波器为PCB共板集成，不用增加表贴器件，且复用天线走线空间，即无需额外增加成本及尺寸。

本实施例通过对CPW地线在中间的高频单元单侧处设置断缝，使得第二高频单元获得了CPW传输线的直接馈电，成为偶极子+寄生复合单元，而其他高低频单元均为半波偶极子形式。于是，低频单元组成了2单元的阵列天线，高频单元组成了3单元的阵列天线，且高频单元幅度均衡，相较于现有技术方案两侧弱耦合馈电的寄生元，能平衡三个高频单元的幅度分布，改善副瓣抑制进而提升增益，实现了更高增益特性。

同时，本实施例通过在低频馈点设置高频滤波器，使得空间耦合到达低频天线的高频信号在传输到低频天线低频馈点焊盘时被滤波而无法到达低频端口，高频隔离度得以提升，且不额外增加成本及尺寸。

实施例二

请参照图2，本实施例是实施例一的进一步拓展，相同之处不再累述，区别在于，还包括高频馈点焊盘13，所述高频馈点焊盘13设置于所述PCB板1的第二面上，所述第一同轴线7和CPW传输线10分别与所述高频馈点焊盘13连接；即高频馈点焊盘13用于连接第一同轴线7和CPW传输线10。

本实施例中，高频馈点焊盘13位于所述第一高频单元4中。第一高频单元4包括第三辐射体401和第四辐射体402，第一同轴线7的一端依次与第三辐射体401和高频馈点焊盘13连接，CPW信号线1001与高频馈点焊盘13连接，CPW地线1002与第四辐射体402连接。

进一步地，所述CPW信号线1001与所述高频馈点焊盘13的连接处设有第二断缝1004。其中，第二断缝1004为直缝、曲线缝或折线缝均可。

由于两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，就构成了电容器。那么，在CPW信号线上设置断缝就从物理结构上实现了一个电容器，这种电容器不是表贴器件，而是直接使用PCB走线，利用传输线分布参数实现，故称为分布参数电容器。因此，CPW信号线在高频馈点焊盘处设置断缝，可形成串联分布电容。

进一步地，还包括短路线14，所述短路线14设置于所述PCB板1的第一面上；所述PCB板1上对应所述高频馈点焊盘13的位置处设有第二过孔，对应所述CPW地线1002的位置处设有第三过孔；所述短路线14的一端通过所述第二过孔与所述高频馈点焊盘13连接，进而通过高频馈点焊盘13与CPW信号线1001连接，所述短路线14的另一端通过所述第三过孔与所述CPW地线1002连接。其中，所述短路线14的长度小于低频工作波长的四分之一。

由于任何一段PCB走线都可等效为串电感并电容的分布参数电路，当走线较细长时，较显著的体现电感特性，故一段细长短路走线等效为一颗短路分布参数电感。因此，通过设置短路线，可形成并联分布电感。

串电容并电感的LC电路即构成高通低阻的滤波器，可滤除低频信号。本实施例通过设置第二断缝和短路线，即构成了较理想的高通低阻的低频滤波器，且与高低频天线复用PCB空间，可实现较优异的低频隔离度性能，且不额外增加成本及尺寸。

本实施例中，同时设置了第二断缝和短路线，以构成理想的低频滤波器。当然，在其他实施例中，可仅设置第二断缝或仅设置短路线，部分实现低频滤波功能。

实施例三

请参照图3-6，本实施例为上述实施例的测试数据。

图3为本实用新型的双频双馈高增益滤波天线的驻波示意图，其中，S11表示低频驻波，S22表示高频驻波，从图中可以看出，高低频驻波均小于2。图4为本实用新型的双频双馈高增益滤波天线的隔离度示意图，其中，S21表示隔离度，从图中可以看出，高低频隔离度都大于20dB。

图5为本实用新型的双频双馈高增益滤波天线的低频E面方向图，可以看出，其最大辐射方向在水平面。图6为本实用新型的双频双馈高增益滤波天线的高频E面方向图，可以看出，其最大辐射方向位于水平面，且副瓣抑制大于5dB。

综上所述，本实用新型提供的一种双频双馈高增益滤波天线及电子设备，通过将高频单元之前的同轴线替换为CPW传输线，可降低成本；通过将CPW地线在中间的高频单元单侧设置断缝，使得中间的高频单元的一侧成为直接馈电的偶极子，相比于现有技术方案两侧弱耦合馈电的寄生单元，能平衡三个高频单元的幅度分布，改善副瓣抑制，进而提升增益；通过在低频馈点设置高频滤波器，极大地改善了高频频段的隔离度；通过在高频馈点附近的CPW信号线上设置断缝，并设置小于低频四分之一波长的短路线，构成低频滤波器，进一步提升低频频段的隔离度；高频滤波器和低频滤波器均为PCB共板集成，不用增加表贴器件，且复用天线走线空间，即无需额外增加成本及尺寸。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种双频双馈高增益滤波天线，其特征在于，包括PCB板、第一低频单元、第二低频单元、第一高频单元、第二高频单元、第三高频单元、第一同轴线、第二同轴线、第三同轴线和CPW传输线；所述PCB板包括相对的第一面和第二面，所述CPW传输线包括CPW信号线和CPW地线；

所述第一低频单元、第二低频单元、第二同轴线和第三同轴线设置于所述PCB板的第一面上，所述第一高频单元、第二高频单元、第三高频单元、第一同轴线和CPW传输线设置于所述PCB板的第二面上；

所述第二同轴线与所述第一低频单元连接，所述第一低频单元和第二低频单元通过所述第三同轴线连接；所述第一同轴线与所述第一高频单元连接，所述第一高频单元、第二高频单元和第三高频单元通过所述CPW传输线依次连接；

所述CPW地线在所述第二高频单元的一侧处设有第一断缝。

2.根据权利要求1所述的双频双馈高增益滤波天线，其特征在于，还包括低频馈点焊盘和高频滤波器，所述低频馈点焊盘设置于所述PCB板的第一面上，所述第二同轴线和第三同轴线分别与所述低频馈点焊盘连接；所述高频滤波器设置于所述PCB板的第二面上；所述PCB板上对应所述低频馈点焊盘的位置处设有第一过孔，所述高频滤波器通过所述第一过孔与所述低频馈点焊盘连接。

3.根据权利要求1所述的双频双馈高增益滤波天线，其特征在于，还包括高频馈点焊盘，所述高频馈点焊盘设置于所述PCB板的第二面上，所述第一同轴线和CPW传输线分别与所述高频馈点焊盘连接。

4.根据权利要求3所述的双频双馈高增益滤波天线，其特征在于，所述CPW信号线与所述高频馈点焊盘的连接处设有第二断缝。

5.根据权利要求4所述的双频双馈高增益滤波天线，其特征在于，所述第二断缝为直缝、曲线缝或折线缝。

6.根据权利要求3-5任一项所述的双频双馈高增益滤波天线，其特征在于，还包括短路线，所述短路线设置于所述PCB板的第一面上；所述PCB板上对应所述高频馈点焊盘的位置处设有第二过孔，对应所述CPW地线的位置处设有第三过孔；所述短路线的一端依次通过所述第二过孔和所述高频馈点焊盘与所述CPW信号线连接，所述短路线的另一端通过所述第三过孔与所述CPW地线连接。

7.根据权利要求6所述的双频双馈高增益滤波天线，其特征在于，所述短路线的长度小于低频工作波长的四分之一。

8.根据权利要求1所述的双频双馈高增益滤波天线，其特征在于，所述第一低频单元和第二低频单元的间距为低频信号在所述第三同轴线中传输时的一个波长的长度。

9.根据权利要求1所述的双频双馈高增益滤波天线，其特征在于，所述第二高频单元和第一高频单元的间距与所述第二高频单元和第三高频单元的间距相同，均为高频信号在所述CPW传输线中传输时的一个波长的长度。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的双频双馈高增益滤波天线。

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