双频高增益全向天线制造技术

本实用新型专利技术提供一种双频高增益全向天线，其包括设置在基板上的至少两个双频半波振子单元，相邻两个双频振子单元之间设置有高频振子单元，该双频振子单元和高频振子单元通过印制平行双导体馈线进行馈电。本实用新型专利技术为移动通信提供了一种双频段、高增益、全向性、高效率、小型化、成本低廉的AP站点/终端天线，并为其他频段的双频或多频全向天线的优化设计提供有效或有益的参考方法。

Dual frequency high gain omnidirectional antenna

The utility model provides a dual band high gain antenna, which comprises at least two dual half wave vibrator is arranged on the substrate unit, a high-frequency oscillator unit is arranged between the two adjacent frequency oscillator unit, fed the dual frequency oscillator unit and high-frequency oscillator unit by printing two parallel conductors feeder. The utility model provides a dual site, high gain, omnidirectional, efficient, miniaturized, low-cost AP terminal / terminal antenna for mobile communication, and provides effective or useful reference methods for the optimal design of dual band or multi frequency omnidirectional antennas in other bands.

【技术实现步骤摘要】
双频高增益全向天线
本技术涉及一种移动通信基站/终端天线设备与技术，特别是涉及一种双频高增益全向天线及其技术。
技术介绍
“万物自由互联”、“信息随心所至”的梦想将在5G时代得以实现。5G通信的一个崭新的应用领域便是物联网。物联网(IoT,InternetofThings)，顾名思义是在物品中嵌入无线模块并通过无线接入点(AP,AccessPoint)联网，使之成为一个网络终端，可对其进行访问和监管。由于物品数量之多、品类之众，接入物联网的终端设备数量是海量的，而无线接入点数量则相对较少。由于终端设备与AP的相对位置及方位是任意的，两者使用全向天线可保证良好的通信效果。这要求辐射方向图必须在水平面具有理想的均匀性，即不圆度较好。其次，AP天线应比终端天线具有更高增益(G≥3dBi)，才能在距离较远处的终端获得较高的信噪比和数据传输率。另外，由于AP基站和终端设备广泛部署，需大量采购，其普遍具有价格便宜、经济性高等要求，故常采用全向辐射、单极化、结构简单、成本低廉的印制单/偶极子天线。其次，这类天线要求覆盖的频段越来越多，通常是2G/3G/4G/WLAN/WiFi(0.698-0.96GHz/1.71-2.70GHz/3.5GHz/5.5GHz)频带内的两个或以上，且彼此间隔很宽的频段。考虑到上述要求，在外形、尺寸、成本等严格受限的情况下，采用常规胖块单/偶极子以连续覆盖各频段的超宽带方案，将不能很好地满足不圆度的要求。常规的印制单/偶极子天线，增大其宽长比，即将两臂由细线形变成胖块状，即可有效展宽带宽，如图2所示的偶极子天线两臂101。然而，由于振子宽度较宽，相对于高频是电大尺寸，故高频方向图不圆度较差。而且，为了获得更高增益，宽带偶极子必须共线组阵。考虑到方向图的不圆度，阵列馈电宜采用与轴线重合的中心串馈式网络，即馈线端口位于阵列中点，能量往阵列两端依次馈入各阵元。如图3所示，由于馈线102与阵元103共面，为了使两者不相交，需要将阵元中间部分切除，这时胖块偶极子带宽将显著变窄。由超宽带蜕变成单宽频天线后，无法覆盖上述间隔较大的多个频段。另外，终端设备往往更偏爱窄的长条状天线设计，使得外观更加优美协调。这使得靠增大振子宽度展宽带宽的传统方法变得不可行，必须进行深度创新才能满足上述要求。再者，效率也是AP站点/终端天线的一个重要指标，它决定了设备的电池使用寿命和待机时间。最后，天线尺寸往往严格受限，此时难以通过增加阵元的方式来提高增益，而必须另觅他法以充分利用空间，从而提高增益。
技术实现思路
本技术旨在为移动通信提供一种全向性、高效率、小型化、成本低廉的双频高增益全向天线。为实现本技术目的，提供以下技术方案：本技术提供一种双频高增益全向天线，其包括设置在基板上的至少两个双频振子单元，相邻两个双频振子单元之间设置有高频振子单元，该双频振子单元和高频振子单元通过双导体馈线进行连接馈电。优选的，所述双频振子单元为半波振子，两个振子臂分别包括对称设置的内枝节，在内枝节外侧对称设置的外枝节，内枝节和外枝节底端通过水平枝节连接为一体。优选的，该内枝节长宽为L1×W1，其末端为较宽段；该外枝节长宽为L2×W2。优选的，该高频振子单元包括一组短枝节对称排列于轴线两侧。优选的，外枝节和内枝节两组枝节相互平行，且外枝节比内枝节长，即L1<L2。优选的，该水平枝节中心朝下突起，设为平衡馈电点，内枝节和外枝节的起始端不平齐，水平枝节外边缘为弯折段。振子两臂间隔一定距离，且两臂中心边缘不平齐；中心高频振子与两端的双频振子中间的高频部分外形可相同或不同。优选的，相邻两个双频振子单元的间距为d，所述至少两个双频振子单元共轴或共线组阵，相邻两阵元的间距为(0.50～0.75)×λC，λC为中心频率波长。优选的，内枝节和外枝节的长度约为各自所对应频段中心波长的0.22～0.25倍；每对枝节的宽度与长度之比约为0.1～0.3。优选的，至少两个双频振子单元和高频振子单元的上臂位于基板正面，下臂则位于基板反面，该双导体馈线设置在该基板正反两面，并沿阵列中心轴线方向设置，双导体馈线的上下馈线分别将两个双频振子单元以及高频振子单元的上臂和下臂相连接，构成对称阵列的上臂和下臂。优选的，双导体馈线包括级联的多节不等宽的四分之一波长阻抗变换段。优选的，体馈线的馈线中心作为阵列的馈电点，连接同轴电缆，具体为50Ω同轴电缆。优选的，电缆的内外导体分别连接双导体馈线的上下导体，焊接于上下导体的馈点焊盘。在双导体馈线的两末端，用金属化过孔将双频振子单元上下短路连接。优选的，过孔距离振子底端约(0.10～0.15)·λC，λC为中心频率波长。优选的，该双导体馈线的宽度小于所述双频振子单元其中一臂的两个内枝节的间距2×D1，长度则比阵元间距d长0.25×λC，λC为中心频率波长。优选的，所述振子臂的内枝节和外枝节，这两组平行枝节的长短不一，工作于不同频段；内枝节为短枝节，工作于高频；外枝节为长枝节，工作于低频，内枝节和外枝节的长度约为各自所对应频段中心波长的0.22～0.25倍；每对枝节的宽度与长度之比约为0.1～0.3，相邻枝节彼此平行且间隔一定的距离。优选的，该基板为单面覆铜板，长宽厚为Ld1×Wd1×Td1、介电常数和损耗角正切分别为εr1和tanδ1。优选的，选用各类常见的双面覆铜板或空气做为介质基板，介电常数εr为1～10，采用印制工艺或钣金工艺加工成形。对比现有技术，本技术具有以下优点：本技术的积极进步效果在于：一、设计多枝节并排的双频半波振子单元；二、阵列中心附加高频振子单元；三、中心串联式平行双导线馈电；四、馈线末端短路，中心点馈电，本技术实现了两单元阵列在GSM和LTE双频超宽带工作(840-960MHz/1710-2170MHz，VSWR<2.32，BW＝25.33％、>31.17％)；高低频增益分别为5～6.5dBi、4～5dBi；且各频段均有理想全向方向图，不圆度小于1.23dBi，效率大于84％；尺寸较小，长宽分别为：1.03×λL、0.106×λL(λL为最低工作频率波长)。另外，该设计可采用成熟的印刷电路工艺制作，成本低廉、可靠性高、易于批量生产，是适合终端/基站设备的理想全向天线方案。另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、简单易行等特点，对于其他频段的双频或多频、更高增益的全向或定向天线的设计和改进也是适用和有效的。【附图说明】图1为天线模型所采用的直角坐标系定义的示意图。图2为常规胖块状超宽带印制偶极子天线的模型图。图3为常规宽带高增益全向偶极子阵列天线的模型图。图4为双频高增益全向天线的几何模型图。图5为两单元双频振子单元共轴组阵的几何模型图。图6为两单元双频振子单元阵列中间添加高频振子单元的几何模型图。图7为平行双导线馈电的双频高增益全向天线的两元振子阵列的几何模型图。图8为平行双导线馈电的双频高增益全向天线的两元振子阵列的末端短路点局部放大图。图9为平行双导线馈电的双频高增益全向天线的两元振子阵列的中心馈电点局部放大图。图10为双频高增益全向天线的两元振子阵列天线的输入阻抗Zin频率特性曲线。图11为双频高增益全向天线的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双频高增益全向天线，其特征在于，其包括设置在基板上的至少两个双频振子单元，相邻两个双频振子单元之间设置有高频振子单元，该双频振子单元和高频振子单元通过双导体馈线进行连接馈电。

【技术特征摘要】
1.一种双频高增益全向天线，其特征在于，其包括设置在基板上的至少两个双频振子单元，相邻两个双频振子单元之间设置有高频振子单元，该双频振子单元和高频振子单元通过双导体馈线进行连接馈电。2.如权利要求1所述的双频高增益全向天线，其特征在于，所述双频振子单元的两个振子臂分别包括对称设置的内枝节，在内枝节外侧对称设置的外枝节，内枝节和外枝节底端通过水平枝节连接为一体。3.如权利要求2所述的双频高增益全向天线，其特征在于，该高频振子单元包括一组短枝节对称排列于轴线两侧。4.如权利要求3所述的双频高增益全向天线，其特征在于，外枝节和内枝节两组枝节相互平行，且外枝节比内枝节长。5.如权利要求4所述的双频高增益全向天线，其特征在于，该水平枝节中心朝下突起，设为平衡馈电点，内枝节和外枝节的起始端不平齐，水平枝节外边缘为弯折段。6.如权利要求1所述的双频高增益全向天线，其特征在于，相邻两个双频振子单元的间距为d，所述至少两个双频振子单元共轴或共线组阵，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道铁，吴中林，刘木林，
申请(专利权)人：广东通宇通讯股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44