一種梯形寬帶振子單頻陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種梯形寬帶振子單頻陣列天線，包括頂部PCB板、底部PCB板、若干信號輸入線。頂部PCB板的上表面設(shè)置有與若干信號輸入線相對應(yīng)的若干梯形輻射振子，梯形輻射振子以短邊對應(yīng)諧振在最高頻率點，以長邊對應(yīng)諧振在最低頻率點。梯形輻射振子以縱向和橫向呈陣列式排列，相鄰兩列之間的間距是最低頻率點的1/2波長，相鄰兩行之間的間距接近最高頻率點的1/2波長。頂部PCB板的下表面設(shè)置有與若干信號輸入線相對應(yīng)連接的若干信號耦合板，信號耦合板的寬度諧振在最高頻率和最低頻率構(gòu)成的頻率寬帶的中心頻率點上，信號耦合板與梯形輻射振子的距離以頂部PCB板的厚度為間隙。底部PCB板的下表面設(shè)置主反射板。
【專利說明】
一種梯形寬帶振子單頻陣列天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種陣列天線，特別是一種梯形寬帶振子單頻陣列天線。
【背景技術(shù)】
[0002]在基于國家“物聯(lián)網(wǎng)”的政策背景下，加上“工業(yè)4.0”所需要的，互聯(lián)網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)將合并一網(wǎng)，豐富的網(wǎng)絡(luò)信息資源，可以讓個人通過一個網(wǎng)絡(luò)得到所期望的全部信息，也可以讓企業(yè)提供豐富多樣的形式接入網(wǎng)絡(luò)，在這其中，最方便、最快捷的方式就是無線接入方式，因為無線的接入方式節(jié)約了大量的網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)費用，可以快速規(guī)劃、快速安裝、快速投入使用，維護也相對簡潔?，F(xiàn)在隨著無線局域網(wǎng)的飛速發(fā)展，WIFI成為無線通訊中最后500米的主要接入方式，人們在平時的生活、工作、學(xué)習(xí)中，使用手持式WIFI產(chǎn)品的機會極大增加，通過WIFI的連接，人們可以隨時隨地的與外部大網(wǎng)絡(luò)連接，得到自己所需要的所有信息，所以如何向一個區(qū)域內(nèi)的用戶提供不間斷、高流量、大用戶數(shù)接入的WIFI服務(wù)熱點產(chǎn)品，就是現(xiàn)在WIFI產(chǎn)品中的一個發(fā)展快速的領(lǐng)域。如何設(shè)計一種高增益、小型化、低剖面的內(nèi)置寬帶天線成為WIFI熱點產(chǎn)品的性能提高的難點和瓶頸，所以為了滿足這種產(chǎn)品的特點，相應(yīng)的高增益內(nèi)置天線就需要同樣的輕、薄、小，而且天線自身的性能卻不能明顯降低，如圖1所示，現(xiàn)在的高增益內(nèi)置天線的大部分使用常規(guī)的半波振子作為子單元，其工作頻率范圍很難實現(xiàn)寬頻，造成天線如果設(shè)計使用在寬頻信號范圍，就出現(xiàn)最高頻率點和最低頻率點的性能下降明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決上述【背景技術(shù)】存在的不足，提出一種梯形寬帶振子單頻陣列天線，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、制造成本低、輻射效率高、容易實現(xiàn)寬頻段工作等獨特優(yōu)點。
[0004]本發(fā)明的解決方案是:一種梯形寬帶振子單頻陣列天線，其包括頂部PCB板、底部PCB板、若干信號輸入線;頂部PCB板的上表面設(shè)置有與若干信號輸入線相對應(yīng)的若干梯形輻射振子;梯形輻射振子以短邊對應(yīng)諧振在天線設(shè)計使用頻率的最高頻率點，以長邊對應(yīng)諧振在天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點，以控制天線使用頻率在最高頻率點和低頻率點之間；梯形輻射振子以縱向和橫向呈陣列式排列，相鄰兩列之間的間距是天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的1/2波長，相鄰兩行之間的間距接近天線設(shè)計使用頻率的最高頻率點的1/2波長;頂部PCB板的下表面設(shè)置有與若干信號輸入線相對應(yīng)的若干信號耦合板，信號耦合板與相應(yīng)的信號輸入線的一端電性連接;信號耦合板通過頂部PCB板的介質(zhì)產(chǎn)生區(qū)域性耦合信號電場，將信號耦合到相應(yīng)的梯形輻射振子上;信號耦合板的寬度諧振在天線設(shè)計使用頻率的最高頻率和最低頻率構(gòu)成的頻率寬帶的中心頻率點上，信號耦合板與梯形輻射振子的距離以頂部PCB板的厚度為間隙；底部PCB板的下表面設(shè)置主反射板，主反射板與頂部PCB板的間距為天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的對應(yīng)波長的1/4。
[0005]作為上述方案的進一步改進，信號耦合板為從相應(yīng)的信號輸入線延伸出來的金屬面。
[0006]作為上述方案的進一步改進，主反射板為底部PCB板下表面上的金屬覆蓋面。進一步地，信號輸入線的另一端連接信號源，多個信號輸入線構(gòu)成信號分布網(wǎng)絡(luò)，所述信號分布網(wǎng)絡(luò)以底部PCB板作為介質(zhì)層與主反射板隔離。
[0007]作為上述方案的進一步改進，梯形輻射振子為頂部PCB板的上表面金屬層，頂部PCB板作為梯形輻射振子與信號耦合板的中間層介質(zhì)層。
[0008]作為上述方案的進一步改進，信號耦合板的形狀為方形。進一步地，信號耦合板的寬度為天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的1/4波長。
[0009]作為上述方案的進一步改進，梯形輻射振子與主反射板的物理距離需要將頂部PCB板加底部PCB板的總厚度以相對介電常數(shù)值代入，折算為純空氣距離:天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的1/4波長。
[0010]作為上述方案的進一步改進，所述梯形寬帶振子單頻陣列天線總共8個梯形輻射振子的陣列，橫向兩組排列，縱向四組排列。
[0011]作為上述方案的進一步改進，底部PCB板與頂部PCB板采用絕緣材質(zhì)的連接件組裝全士么云口口 ο
[0012]本發(fā)明通過信號傳輸線將輸入的信號傳送給耦合信號板上，信號耦合板將信號通過耦合傳遞的方式傳導(dǎo)到梯形輻射振子上，梯形輻射振子向外輻射電磁波信號，其中向下輻射的信號被主反射板反射，反射電磁波與向上的電磁波重疊，產(chǎn)生定向的輻射電磁波，形成高增益的窄波束。本發(fā)明采用兩塊PCB的兩面金屬層實現(xiàn)了反射、耦合、輻射的功能，利用PCB的加工工藝，保證了每一批次的產(chǎn)品都有良好的一致性，簡化了生產(chǎn)，同時確保了天線的增益，節(jié)省了成本，并使全部天線可以完整的融合進整機的外殼中。
【附圖說明】
[0013]圖1是傳統(tǒng)矩形振子陣列天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的梯形寬帶振子單頻陣列天線的立體圖。
[0015]圖3是圖2的主視圖。
[0016]圖4是圖2的仰視圖。
[0017]圖5是圖2的俯視圖。
[0018]圖6是圖2的左視圖。
[0019]圖7是圖2的右視圖。
[0020]圖8為圖2中頂部PCB板I下表面上的其中一個信號耦合板與對應(yīng)信號輸入線的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]請參閱圖2，并結(jié)合圖3至圖8，本發(fā)明的梯形寬帶振子單頻陣列天線頂部PCB板1、底部PCB板2、若干信號輸入線3。
[0023]頂部PCB板I的上表面設(shè)置有與若干信號輸入線3相對應(yīng)的若干梯形福射振子11，頂部PCB板I的下表面設(shè)置有與若干信號輸入線3相對應(yīng)的若干信號親合板12，頂部PCB板I的上表面與頂部PCB板I的下表面為頂部PCB板I的相對兩側(cè)。梯形輻射振子11從信號耦合板12通過頂部PCB板I的介質(zhì)以特定位置相對應(yīng)。
[0024]梯形輻射振子11以短邊對應(yīng)諧振在天線設(shè)計使用頻率的最高頻率點，以長邊對應(yīng)諧振在天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點，以控制天線使用頻率在最高頻率點和低頻率點之間。梯形輻射振子11以縱向和橫向呈陣列式排列，相鄰兩列之間的間距是天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的1/2波長，相鄰兩行之間的間距接近天線設(shè)計使用頻率的最高頻率點的I/2波長。
[0025]信號耦合板12與相應(yīng)的信號輸入線3的一端電性連接，信號輸入線3的另一端連接信號源，多個信號輸入線3構(gòu)成信號分布網(wǎng)絡(luò)。信號耦合板12以特定寬度和長度的金屬面附著在頂部PCB板I的下表面，對準(zhǔn)上表面的輻射體特定位置，將信號輸入線3饋入的信號耦合到上表面的輻射體即梯形輻射振子11。信號耦合板12的寬度與天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的1/4波長對應(yīng)。
[0026]信號耦合板12通過頂部PCB板I的介質(zhì)產(chǎn)生區(qū)域性耦合信號電場，將信號耦合到相應(yīng)的梯形輻射振子11上。信號耦合板12的寬度諧振在天線設(shè)計使用頻率的最高頻率和最低頻率構(gòu)成的頻率寬帶的中心頻率點上，信號耦合板12與梯形輻射振子11的距離以頂部PCB板I的厚度為間隙。信號耦合板12可為從相應(yīng)的信號輸入線3延伸出來的金屬面。在本實施例中，信號耦合板12主體為方形，梯形輻射振子11為頂部PCB板I的上表面金屬層，中間層為介質(zhì)層頂部PCB板I，通過頂部PCB板I足夠小的厚度產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，信號耦合板12與梯形輻射振子11能夠產(chǎn)生高效率的信號耦合傳遞。
[0027]頂部PCB板I上的多個梯形輻射體即梯形輻射振子11，附著在頂部PCB板I的上表面，按照一定間距規(guī)律排列成的陣列，實現(xiàn)相互之間輻射信號的疊加，產(chǎn)生高增益的定向輻射波形。在本實施例中，梯形寬帶振子單頻陣列天線總共8個梯形輻射振子11的陣列，橫向兩組排列，縱向四組排列。
[0028]底部PCB板2的下表面設(shè)置主反射板21，主反射板21與頂部PCB板I的間距為天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的對應(yīng)波長的1/4。主反射板21可為底部PCB板2下表面上的金屬覆蓋面，主反射板21也可為底部PCB板2下表面的原有金屬覆蓋面。信號輸入線3布置在主反射板21的上方，如果天線總共有8個子單元的陣列，則每個子單元的信號輸入分配網(wǎng)絡(luò)分布與底部PCB板2的上表面。
[0029 ]底部PCB板2與頂部PCB板I可采用絕緣材質(zhì)的連接件組裝結(jié)合，如塑料材料，連接件可以是安裝殼、支撐架等等，只要將確保底部PCB板2與頂部PCB板I中間的距離保持一致。
[0030]主反射板21可為底部PCB板2的下表面上的金屬覆蓋面，信號分布網(wǎng)絡(luò)以底部PCB板2作為介質(zhì)層與主反射板21隔離。在本實施例中，主反射板21以底部PCB板2下表面的金屬覆蓋面實現(xiàn)，與信號分布網(wǎng)絡(luò)以PCB板作為介質(zhì)層隔離，以介質(zhì)層的高介電常數(shù)產(chǎn)生等效壓縮的空氣距離，實現(xiàn)很薄厚度的阻抗匹配效果。梯形輻射振子11與主反射板21的距離，其對應(yīng)的物理距離需要將頂部PCB板I加底部PCB板2的總厚度以相對介電常數(shù)值代入，折算為純空氣距離為天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的1/4波長對應(yīng)。
[0031]信號輸入線3以特定寬度的金屬線作為信號的饋入通道，在本實施例中，信號輸入線3為特定阻抗匹配段，信號輸入線3與信號耦合板12連接，信號耦合板12通過頂部PCB板I這個介質(zhì)，與頂部PCB板I上表面的梯形輻射振子11以特定位置對應(yīng)，通過頂部PCB板I產(chǎn)生區(qū)域性耦合信號電場，將信號耦合到梯形輻射振子11上。梯形輻射振子11以短邊對應(yīng)諧振在特定的高頻率點，以長邊對應(yīng)諧振在特定的低頻率點，可以靈活的控制天線使用在特定的高、低頻率點之間，達到寬頻帶工作的目的。梯形輻射振子11以縱向和橫向排列，縱向和橫向排列的間距根據(jù)天線使用頻率的高、低頻率點的中點來設(shè)置，實現(xiàn)每個輻射體的輻射波形都能夠在空中組合，形成特定方向的高增益波形。此波形被主反射板21向某方向反射，主反射板21與頂部PCB板I保持特定的間距，此間距為天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的對應(yīng)波長的1/4。
[0032]本發(fā)明利用底部PCB板2和頂部的PCB板I這兩個介質(zhì)層，達到壓縮天線高度的目的，以特定寬度和長度的信號耦合板12與梯形輻射振子11的位置對應(yīng)，實現(xiàn)信號的耦合傳遞，梯形輻射振子11采用長邊、短邊的設(shè)計結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了特定頻率寬度的寬帶信號輻射能力。梯形輻射振子11以特定的間距進行縱向和橫向的排列組合，實現(xiàn)了空間特定方向的高增益波形，以主反射板21將梯形輻射體的其中一個方向的輻射信號反射向特定的方向，使特定方向的空間波的增益進一步提高，最終實現(xiàn)了寬帶高增益的目的。
[0033]頂面的梯形振子，其一端的長度對應(yīng)天線設(shè)計使用的最高頻率點，另一端的長度對應(yīng)天線設(shè)計使用的最低頻率點，所以天線所使用的頻率范圍很靈活，可以實現(xiàn)比常規(guī)矩形振子更寬的頻率寬度，梯形振子以PCB表面的銅箔形成，工藝簡單，一致性非常好。梯形振子的橫向兩組排列，間距是天線設(shè)計使用頻率寬度的中心頻率點的1/2波長，縱向四組排列，間距是天線設(shè)計使用頻率寬度的中心頻率點的1/2波長，這樣可以使振子的輻射波形前方合成。梯形振子對應(yīng)的PCB另一面是信號耦合板，信號耦合板的寬度諧振在天線設(shè)計使用頻率的中心頻率點上，與頂面的梯形振子的距離以PCB板厚度為間隙，其等效距離需要折算上PCB基材的相對介電常數(shù)，確保信號耦合板與梯形振子的耦合效率足夠高，信號耦合板連接信號傳輸線。信號傳輸線寬度為50歐。在下面的PCB板頂面，是均勻分布的50歐信號傳輸分配網(wǎng)絡(luò)，能夠確保輸入每個信號耦合板的信號處于幅度相等、相位相同的狀態(tài)，下面的PCB板底面銅箔，是完整的保留，作為整個天線的主反射板。上面的PCB上的信號耦合板距離下面的主反射板的距離接近天線設(shè)計使用頻率的中心頻率點的1/4波長，確保被反射板反射的信號能夠與向前輻射的信號能夠做到同相位合成，提高向前輻射的信號增益值。
[0034]本發(fā)明通過信號傳輸線3將輸入的信號傳送給耦合信號板12上，信號耦合板12將信號通過耦合傳遞的方式傳導(dǎo)到梯形輻射振子11上，梯形輻射振子11向外輻射電磁波信號，其中向下輻射的信號被主反射板21反射，反射電磁波與向上的電磁波重疊，產(chǎn)生定向的輻射電磁波，形成高增益的窄波束。
[0035]本發(fā)明采用兩塊PCB的兩面金屬層實現(xiàn)了反射、耦合、輻射的功能，利用PCB的加工工藝，保證了每一批次的產(chǎn)品都有良好的一致性，簡化了生產(chǎn)，同時確保了天線的增益，節(jié)省了成本，并使全部天線可以完整的融合進整機的外殼中。
[0036]綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)選方式為:所述的信號傳輸線寬度確保與規(guī)定的阻抗向?qū)?yīng)，常規(guī)為50歐和75歐，在耦合信號板的寬度對應(yīng)天線設(shè)計使用頻率的中心頻率點的1/4*入，耦合信號板與梯形輻射體的電信號距離是物理距離h(頂部PCB的厚度)乘以PCB的介質(zhì)層的相對介電常數(shù)er的開二次根號，梯形輻射體的長邊對應(yīng)天線設(shè)計使用的最低頻率點的I/4*λ，短邊對應(yīng)天線設(shè)計使用的最高頻率點的1/4*λ，提供調(diào)整長邊和短邊的長度，可以靈活的實現(xiàn)不同頻率范圍的正常工作。主反射板與梯形輻射體的距離為hi(底部PCB等效厚度)+h2(頂部PCB等效厚度)+h(兩個PCB之間的空氣厚度)?？偩嚯x等效約等于天線設(shè)計使用的中心頻率點0.20*1/4*λ，確保了反射信號與前向的信號的相位重疊，從而達成高增益目標(biāo)。
[0037]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種梯形寬帶振子單頻陣列天線，其包括頂部PCB板(1)、底部PCB板(2)、若干信號輸入線(3);其特征在于: 頂部PCB板(I)的上表面設(shè)置有與若干信號輸入線(3)相對應(yīng)的若干梯形福射振子(11);梯形輻射振子(II)以短邊對應(yīng)諧振在天線設(shè)計使用頻率的最高頻率點，以長邊對應(yīng)諧振在天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點，以控制天線使用頻率在最高頻率點和低頻率點之間；梯形輻射振子(11)以縱向和橫向呈陣列式排列，相鄰兩列之間的間距是天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的1/2波長，相鄰兩行之間的間距接近天線設(shè)計使用頻率的最高頻率點的I/2波長； 頂部PCB板(I)的下表面設(shè)置有與若干信號輸入線(3)相對應(yīng)的若干信號耦合板(12)，信號耦合板(12)與相應(yīng)的信號輸入線(3)的一端電性連接;信號耦合板(12)通過頂部PCB板(1)的介質(zhì)產(chǎn)生區(qū)域性耦合信號電場，將信號耦合到相應(yīng)的梯形輻射振子(11)上;信號耦合板(12)的寬度諧振在天線設(shè)計使用頻率的最高頻率和最低頻率構(gòu)成的頻率寬帶的中心頻率點上，信號耦合板(12)與梯形輻射振子(11)的距離以頂部PCB板(I)的厚度為間隙； 底部PCB板(2)的下表面設(shè)置主反射板(21)，主反射板(21)與頂部PCB板(I)的間距為天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的對應(yīng)波長的1/4。2.如權(quán)利要求1所述的梯形寬帶振子單頻陣列天線，其特征在于:信號耦合板(12)為從相應(yīng)的信號輸入線(3)延伸出來的金屬面。3.如權(quán)利要求1所述的梯形寬帶振子單頻陣列天線，其特征在于:主反射板(21)為底部PCB板(2)下表面上的金屬覆蓋面。4.如權(quán)利要求3所述的梯形寬帶振子單頻陣列天線，其特征在于:信號輸入線(3)的另一端連接信號源，多個信號輸入線(3)構(gòu)成信號分布網(wǎng)絡(luò)，所述信號分布網(wǎng)絡(luò)以底部PCB板(2)作為介質(zhì)層與主反射板(21)隔離。5.如權(quán)利要求1所述的梯形寬帶振子單頻陣列天線，其特征在于:梯形輻射振子(11)為頂部PCB板(I)的上表面金屬層，頂部PCB板(I)作為梯形輻射振子(11)與信號耦合板(12)的中間層介質(zhì)層。6.如權(quán)利要求1所述的梯形寬帶振子單頻陣列天線，其特征在于:信號耦合板(12)的形狀為方形。7.如權(quán)利要求6所述的梯形寬帶振子單頻陣列天線，其特征在于:信號耦合板(12)的寬度為天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的1/4波長。8.如權(quán)利要求1所述的梯形寬帶振子單頻陣列天線，其特征在于:梯形輻射振子(11)與主反射板(21)的物理距離需要將頂部PCB板(I)加底部PCB板(2)的總厚度以相對介電常數(shù)值代入，折算為純空氣距離:天線設(shè)計使用頻率的最低頻率點的1/4波長。9.如權(quán)利要求1所述的梯形寬帶振子單頻陣列天線，其特征在于:所述梯形寬帶振子單頻陣列天線總共8個梯形輻射振子(11)的陣列，橫向兩組排列，縱向四組排列。10.如權(quán)利要求1所述的梯形寬帶振子單頻陣列天線，其特征在于:底部PCB板(2)與頂部PCB板(I)采用絕緣材質(zhì)的連接件組裝結(jié)合。
【文檔編號】H01Q21/00GK106058454SQ201610581293
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月21日 公開號201610581293.6, CN 106058454 A, CN 106058454A, CN 201610581293, CN-A-106058454, CN106058454 A, CN106058454A, CN201610581293, CN201610581293.6
【發(fā)明人】秦祥宏, 劉曉鈺, 傅強, 侯軼
【申請人】深圳前?？扑{通信有限公司