基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线及其制作方法技术

本发明专利技术提出一种基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线及其制作方法，包括：在介质基板正面交替设置的双频偶极子和单频偶极子；所述双频偶极子和单频偶极子经过孔分别与背面的耦合结构相连接，相邻的所述耦合结构通过同轴传输线相连，构成耦合结构和同轴传输线交替连接的同轴传输链；所述单频偶极子的工作频率与双频偶极子工作的高频相同。其利用单双频辐射阵子交替的布局，在满足接近倍频的关系情况下，可以最大化程度利用空间，并且保证天线阵列在高频段具有更优的增益，从而弥补高频段电磁波相对低频段电磁波在能量信号覆盖上的劣势。

【技术实现步骤摘要】
基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线及其制作方法
本专利技术属于天线设计、无线通信
，尤其涉及一种基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线及其制作方法。
技术介绍
目前，4G、5G和WIFI等无线通信已经深入大众生活，而由于多种的通信的融合，为此，多数通信系统是兼容多个通信频段，以实现不同通信带来的功能，如此一来，通信系统中的天线便希望能够支持更多的频段，通信天线中，除了大基站天线以外，最常见的就是全向的天线，然而，全向的多频段天线设计往往遇到两个问题，第一、多个频段方向图并非完全水平全向，另一个就是设计高增益的时候，由于天线长度的增加，难以克服板上走线的路径损耗。目前，天线实现高增益的方法主要是通过增加口径面积来实现，常规的做法即组阵，单频天线组阵往往能够获得较好的效果，而多频天线由于工作频率不同，不同工作频率对于振元间距的要求也不同，因此，往往是在其中一个频段实现较好的高增益辐射，而在其他频段无法实现。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术旨在提供一种基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线及其制作方法，主要的应用场景是室内外小型基站和终端的外置全向天线，主要是为双频高增益天线提供一种低成本的设计思路，可以根据需要设计不同阶数的高增益双频天线。本专利技术具体采用以下技术方案：一种基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线，其特征在于，包括：在介质基板正面交替设置的双频偶极子和单频偶极子；所述双频偶极子和单频偶极子经过孔分别与背面的耦合结构相连接，相邻的所述耦合结构通过焊接方式通过同轴传输线相连，构成耦合结构和同轴传输线交替连接的同轴传输链；所述单频偶极子的工作频率与双频偶极子工作的高频相同。优选地，所述同轴传输链的首端设置有输入馈电点，末端采用同轴馈电，不设置耦合结构，直接采用同轴传输线连接位于末端的双频偶极子或单频偶极子。优选地，所述双频偶极子工作频率的高频为低频的2倍。优选地，所述双频偶极子的工作频段为wifi的2.4G和5G频段；所述单频偶极子的工作频段为wifi的5G频段。优选地，所述介质基板采用FR4材质。优选地，相邻的所述双频偶极子和单频偶极子的间距等于或略小于单频偶极子工作的中心频率对应的波长。以及，一种基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线的制作方法，其特征在于：在介质基板正面的双频偶极子之间设置单频偶极子，并通过介质基板背面的耦合结构实现耦合馈电，辐射单元之间的馈电结构通过同轴传输线连接；所述单频偶极子的工作频率与双频偶极子工作频率的高频相同。优选地，所述双频偶极子工作频率的高频为低频的2倍，相邻的所述双频偶极子和单频偶极子的间距等于或略小于单频偶极子工作的中心频率对应的波长。相较于现有技术，本专利技术及其优选方案使用了同轴线串联每个辐射单元，在采用低成本的介质基板时候，可以最大化的减小馈电的传输损耗，从而改善这种串联馈电天线的效率，使得串联馈电的阵列天线可以在低成本的介质基板上设计更多辐射单元，从而组成更多单元的阵列，实现更高的增益。利用单双频辐射阵子交替的布局，在满足接近倍频的关系情况下，可以最大化程度利用空间，并且保证天线阵列在高频段具有更优的增益，从而弥补高频段电磁波相对低频段电磁波在能量信号覆盖上的劣势。在本专利技术方案中，采用的单双频偶极子（或者是单双频辐射单元），交替布局的设计思路，可以最大化利用空间优势，同时保证天线的高频电磁波辐射增益更高，弥补双频天线阵中高频和低频电磁波传输距离的差距，使得双频天线在相同应用场景下可以实现近似的覆盖范围；以高频辐射阵子工作的中心频率为设计基准，单双频阵子之间的间隔约为高频阵子工作的中心频率对应的波长lamda，同时考虑信号在介质同轴电缆中的传输相位，一般辐射单元的间距会略小于lamda。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：图1为本专利技术实施例设计原理示意图；图2为本专利技术实施例结构示意图；图3为本专利技术实施例天线结构的驻波示意图；图4为本专利技术实施例天线的增益辐射方向示意图，频率为2.45GHz；图5为本专利技术实施例天线的增益辐射方向示意图，频段为5.5GHz；图中：1-第一双频偶极子；2-单频偶极子；3-第二双频偶极子；4-介质基板；5-第一同轴传输线；6-单频偶极子的馈电耦合结构；7-第二同轴传输线；8-第二双频偶极子的馈电耦合结构；9-输入馈电点；10-第一双频偶极子的馈电点。具体实施方式为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：如图1所示，在本实施例方案中，其设计要点在于，在双频全向的偶极子单元之间安放高频的偶极子单元，通过介质基板背面的耦合结构设计实现耦合馈电，辐射单元之间的馈电结构通过同轴传输线连接，从而保证了最低的传输损耗的同时满足体积和成本最优的需求,此外，为了最优化设计，双频天线的高频选为低频的2倍频附近为佳。其中，双频偶极子和单频偶极子单元的具体形态没有特别的限定，可以设计成为满足耦合馈电需求的任意全向辐射单元。图2是根据图1设计方法获得的具体结构实例，是将图1的思路用于设计目前市场上常见的wifi双频天线,由于wifi双频天线的高低频只是接近倍频关系，且考虑到wifi的实际用途，wifi-5G频段的信号覆盖对天线增益要求更高，为此，设计中以5G频段为基准考虑单元间距。图2中的左图为介质基板4的正面，右图为对应的背面，第一双频偶极子1和第二双频偶极子3是介质基板正面的的双频偶极子辐射单元，对应的工作频段为wifi的2.4G和5G频段；单频偶极子2是单频的偶极子辐射单元，工作在wifi的5G频段；介质基板4采用FR4材质；第一同轴传输线5和第二同轴传输线7是标准的1.37线径的同轴线缆，长度约对应wifi-5.5G的一个工作波长（考虑线材介质层介电常数，长度约为42.5mm）；9是输入馈电点，第二双频偶极子的馈电耦合结构8为输入端双频谐振单元的馈电耦合结构，单频偶极子的馈电耦合结构6为高频（单频）谐振单元的馈电耦合结构，第一双频偶极子的馈电点10是末端双频辐射单元的馈电点，直接采用同轴馈电，非耦合馈电的方式；正面的第一双频偶极子1、单频偶极子2、第二双频偶极子3谐振器中间均通过金属化过孔与背面的焊盘连接。图3为如图2所示的结构中天线的驻波，满足WIFI频段的使用需求；图4为如图2所示的结构中天线的增益辐射方向图，频率为2.45GHz；图5为如图2所示的结构中天线的增益辐射方向图，频段为5.5Hz；在本实施例中，也可以采用损耗角较小的高频来设计串联馈电的天线，作为同等的替换，对比起来的劣势就是损耗角小的高频板成本比目前市面上常见的FR4板材成本高近10倍。。本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线及其制作方法，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线，其特征在于，包括：在介质基板正面交替设置的双频偶极子和单频偶极子；所述双频偶极子和单频偶极子经过孔分别与背面的耦合结构相连接，相邻的所述耦合结构通过同轴传输线相连，构成耦合结构和同轴传输线交替连接的同轴传输链；所述单频偶极子的工作频率与双频偶极子工作频率的高频相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线，其特征在于，包括：在介质基板正面交替设置的双频偶极子和单频偶极子；所述双频偶极子和单频偶极子经过孔分别与背面的耦合结构相连接，相邻的所述耦合结构通过同轴传输线相连，构成耦合结构和同轴传输线交替连接的同轴传输链；所述单频偶极子的工作频率与双频偶极子工作频率的高频相同。


2.根据权利要求1所述的基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线，其特征在于：所述同轴传输链的首端设置有输入馈电点，末端采用同轴馈电，不设置耦合结构，直接采用同轴传输线连接位于末端的双频偶极子或单频偶极子。


3.根据权利要求1或2所述的基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线，其特征在于：所述双频偶极子工作频率的高频为低频的2倍。


4.根据权利要求1或2所述的基于耦合馈电形式的双频高增益全向天线，其特征在于：所述双频偶极子的工作频段为wifi的2.4G和5G频段；所述单频偶极子...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞彬，
申请(专利权)人：阳光学院，
类型：发明
国别省市：福建;35