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CN110350318B - 一种超宽带圆极化全向天线 - Google Patents

一种超宽带圆极化全向天线 Download PDF

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CN110350318B CN201910722054.1A CN201910722054A CN110350318B CN 110350318 B CN110350318 B CN 110350318B CN 201910722054 A CN201910722054 A CN 201910722054A CN 110350318 B CN110350318 B CN 110350318B
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Beijing Boocax Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种超宽带圆极化全向天线，包括：馈线(3)、巴伦(2)、天线振子(1)；其中，所述馈线(3)，具有接地部分(4)和输入部分(31)，并呈现“凸”字形金属片结构，所述输入部分(31)直接与射频连接器或射频电缆的中心导体相连；所述接地部分(4)的底部(42)与射频连接器或射频线缆的地线相连，且其两端具有矩形金属片结构，尤其辐射部分为不对称振子天线形式。通过不同的振子长度展宽了天线工作频段。

Description

一种超宽带圆极化全向天线
技术领域
本发明涉及一种天线，尤其是一种超宽带圆极化全向天线。
背景技术
目前，基于FCC认证的超宽带(UWB)channel5(6.2GHz-6.7GHz)定位有诸多优点，主要方案有TOF(TOA)、TDOA和AOA，天线端的性能对定位精度及测量相位差精度的影响不可小觑，天线端性能的主要参数包括天线尺寸、天线时延，天线效率、驻波比、增益、方向图。
现存UWB天线为满足超宽带及高频特性，一般为双锥天线或vivaldi、螺旋天线。其中双锥天线参数较好，但其尺寸比较大，且需要精密机械加工，成本较高。Vivaldi或螺旋天线尽管带宽较宽，但是由于其相位中心变化较大，导致信号畸变较大，难以满足使用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超宽带圆极化全向天线。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种超宽带圆极化全向天线，包括：
馈线(3)、巴伦(2)、天线振子(1)；
其中，所述馈线(3)，具有接地部分(4)和输入部分(31)，并呈现“凸”字形金属片结构，中间具有凹槽，所述输入部分(31)直接与射频连接器或射频电缆的中心导体相连；
所述接地部分(4)的底部(42)与射频连接器或射频线缆的地线相连，且其两端具有矩形金属片结构。
优选的是，所述馈线(3)具有中心导体，且所述中心导体与接地部分保持一定间距；
所述馈线的中心导体、接地部分分别与巴伦的中心导体和巴伦的外导体直接相连，由此将射频信号传输到巴伦中。
优选的是，所述巴伦(2)由金属组成，且设置于馈线的凹槽中，用于将馈线中的不平衡射频信号转换为幅度相等、相位相反的平衡射频信号送往天线振子进行辐射；
其中巴伦底部的外部导体、中心导体分别与馈线的中心导体和接地部分相连接，巴伦顶部的左侧外部导体通过过孔与巴伦的中心导体相连，并将不平衡部分的射频信号进行短路并转换。
优选的是，天线振子(1)由蝴蝶型金属片组成，包括：左翼振子(101)和右翼振子(102)。用于将巴伦来的射频信号向空间进行有效辐射；
其中两翼的振子长度不同，用于覆盖不同的频率。
优选的是，左翼振子的长度较短，用于辐射高频段信号；右翼振子的长度较长，用以辐射低频段信号。
优选的是，所述天线的左翼振子与巴伦的左侧外导体相连，天线的右翼振子与巴伦的右侧外导体直接相连。
优选的是，所述天线采用印制电路板工作制作而成。
本发明提供的天线，尤其辐射部分为不对称振子天线形式。通过不同的振子长度展宽了天线工作频段。由于振子天线的辐射方向图较宽，天线波束的全向性较螺旋天线和vivaldi天线更好，使得天线能覆盖更宽的角度范围。且天线的对称性更好，可达5度以内。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，
图1是本发明超宽带圆极化全向天线的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本发明提供一种小型圆极化全向天线，适用于6.2GHz-6.7GHz UWB定位，实现天线尺寸小，延时低，效率高，增益强，方向图全向性好的特点，提高UWB定位及测量相位差的精度。
具体来说，所述超宽带圆极化全向天线，主要由馈线(3)、巴伦(2)、天线振子(1)组成。
如图所示，其中馈线(3)，呈“凸”字形金属片结构，且中间具有凹槽，巴伦(2)设置于凹槽中，所述馈线(3)是共面波导馈线结构。其优点是体积小，其中馈线的输入部分31直接与射频连接器或射频电缆的中心导体相连。其中下底长4.9mm，宽2.2mm，上底长14.8mm，宽1.6mm。其对应的接地部分(4)作为馈线部分的参考地平面，其底部42与射频连接器或射频线缆的地线相连。其采用两端对称的矩形金属片结构，其长度和宽度分别为5.6mm和4.9mm。
其中，为了保证天线辐射效率，需要将射频信号进行有效传输，馈线的中心导体应该与接地部分应保持一定间距，其具体距离应保证与后续电缆的特性阻抗相匹配(例如50欧姆)。馈线的中心导体、接地部分分别与巴伦的中心导体和巴伦的外导体直接相连。将射频信号传输到巴伦中。馈线尺寸为3.03mm×0.548mm；
巴伦(2)由金属组成，尺寸为5.44mm×2.43mm。其主要作用是将馈线中的不平衡射频信号转换为幅度相等、相位相反的平衡射频信号送往天线振子进行辐射。其中巴伦底部的外部导体、中心导体分别与馈线的中心导体和接地部分相连。巴伦顶部的左侧外部导体通过过孔与巴伦的中心导体相连，将不平衡部分的射频信号进行短路并转换。
天线振子(1)由蝴蝶型金属片组成，包括：左翼振子(101)和右翼振子(102)。其作用是将巴伦来的射频信号向空间进行有效辐射。其中两翼的振子长度不同，用于覆盖不同的频率。其中左翼振子的长度较短，用于辐射高频段信号。右翼振子的长度较长，用以辐射低频段信号。天线的左翼振子与巴伦的左侧外导体相连，天线的右翼振子与巴伦的右侧外导体直接相连。左翼振子的具体长度为6mm，末端宽度为2.1mm，整体呈类三角形；右翼振子的具体长度为3.3mm，末端宽度为1.4mm，整体呈类三角形。
其中，在实施例中，整体天线尺寸为23.89mm×13.99mm，采用印制电路板工作制作而成。
其中，采取上述方案以后，6GHz频率下最大增益为2.5932dBi，6.5GHz频率下最大增益为2.6088dBi，7GHz频率下最大增益为2.3455dBi。
本发明提供的天线，尤其辐射部分为不对称振子天线形式。通过不同的振子长度展宽了天线工作频段。由于振子天线的辐射方向图较宽，天线波束的全向性较螺旋天线和vivaldi天线更好，使得天线能覆盖更宽的角度范围。且天线的对称性更好，可达5度以内。
另外由于其相位中心更为稳定，因此天线对天线输入信号的畸变较小，缩短UWB应用中信号发送和接收时延的波动，使得天线在AOA应用中相位检测精度和时间检测精度提高，
本发明提供的天线，可以通过FPC或PCB的形式加工，克服了传统双锥天线体积大不易集成、整体成本高的缺点。因其体积小巧，可以方便的批量生产并集成到手持设备等小型电子产品中，如腕带手环、手持遥控器等。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超宽带圆极化全向天线，其特征在于，包括：
馈线(3)、巴伦(2)、天线振子(1)；
其中，所述馈线(3)，具有接地部分(4)和输入部分(31)，并呈现“凸”字形金属片结构，中间具有凹槽，所述输入部分(31)直接与射频连接器或射频电缆的中心导体相连；
所述接地部分(4)的底部(41)与射频连接器或射频线缆的地线相连，且其两端具有矩形金属片结构；
所述巴伦底部的外部导体、中心导体分别与馈线的中心导体和接地部分相连；所述巴伦顶部的左侧外部导体通过过孔与巴伦的中心导体相连；所述天线振子(1)由蝴蝶型金属片组成，包括：左翼振子(101)和右翼振子(102)，其中两翼的振子长度不同，用于覆盖不同的频率；
所述馈线(3)具有中心导体，且所述中心导体与接地部分保持一定间距；
所述馈线的中心导体、接地部分分别与巴伦的中心导体和巴伦的外导体直接相连，由此将射频信号传输到巴伦中；
所述左翼振子的长度较短，用于辐射高频段信号；所述右翼振子的长度较长，用以辐射低频段信号；
所述天线的左翼振子与巴伦的左侧外导体相连，天线的右翼振子与巴伦的右侧外导体直接相连。
2.根据权利要求 1 所述的超宽带圆极化全向天线，其特征在于，所述巴伦(2)由金属组成，并设置于馈线(3)的凹槽中，用于将馈线中的不平衡射频信号转换为幅度相等、相位相反的平衡射频信号送往天线振子进行辐射。
3.根据权利要求 1 所述的超宽带圆极化全向天线，其特征在于，所述天线采用印制电路板工作制作而成。
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