双频壁挂天线的制作方法

本发明涉及天线领域，特别涉及一种双频壁挂天线。

背景技术：

现有的无线局域网的双频定向天线大部分采用两幅不同频率的天线装在一个天线壳子里，这样的结构势必造成体积大，成本高，调试难，不适合批量生产，且两幅天线之间易产生干扰，产品使用的效果差；少部分双频天线由于未能很好的解决低驻波和良好的方向性的问题，难以满足无线局域网终端设备在无线网络覆盖中的应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能解决传统的双频天线难加工、难调试、成本高和性能差的问题、制作简单、易于批量生产、体积较小、重量较轻、便于天线的安装、损耗较小、阻抗匹配较好、驻波比较低的双频壁挂天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双频壁挂天线，包括双面覆铜高频PCB板，所述双面覆铜高频PCB板上设有2.4GHz频段谐振的辐射振子和5.0GHz频段谐振的辐射振子，所述2.4GHz频段谐振的辐射振子包括一组2.4GHz半波对称振子，所述5.0GHz频段谐振的辐射振子包括两组5.0GHz半波对称振子，一组所述2.4GHz半波对称振子的上半部分设置所述双面覆铜高频PCB板的正面板上，并通过所述正面板上的连接线连接，每一组所述5.0GHz半波对称振子的下半部分设置在所述双面覆铜高频PCB板的正面板上，均通过所述正面板上的S弯形传输线连接，所述双面覆铜高频PCB板的正面板上还设有正面阻抗匹配线、馈电点和正面接地沉铜孔，所述正面阻抗匹配线包括第五平衡不平衡转换器、第六平衡不平衡转换器和第七平衡不平衡转换器，所述第五平衡不平衡转换器的一端与所述正面板上的连接线的中间位置连接，所述第五平衡不平衡转换器的另一端通过所述第六平衡不平衡转换器与所述第七平衡不平衡转换器的一端连接，所述第七平衡不平衡转换器的另一端连接所述馈电点，所述正面接地沉铜孔设置在所述馈电点的下方。

在本发明所述的双频壁挂天线中，两个所述正面板上的S弯形传输线对称位于所述正面阻抗匹配线的两侧，且每一个所述正面板上的S弯形传输线的中间位置均位于所述正面板上的连接线上。

在本发明所述的双频壁挂天线中，一组所述2.4GHz半波对称振子的下半部分设置所述双面覆铜高频PCB板的背面板上，并通过所述背面板上的连接线连接，每一组所述5.0GHz半波对称振子的上半部分设置在所述双面覆铜高频PCB板的背面板上，均通过所述背面板上的S弯形传输线连接。

在本发明所述的双频壁挂天线中，所述双面覆铜高频PCB板的背面板上还设有背面阻抗匹配线、背面接地连接线和背面接地沉铜孔，所述背面接地连接线的一端与所述背面板上的连接线的中间位置连接，所述背面接地连接线的一端通过所述背面阻抗匹配线到达另一端，所述背面接地连接线的另一端与所述背面接地沉铜孔连接。

在本发明所述的双频壁挂天线中，所述背面阻抗匹配线包括第十平衡不平衡转换器。

在本发明所述的双频壁挂天线中，所述双面覆铜高频PCB板的厚度为1mm，长度为87mm，宽度为72mm，所述双面覆铜高频PCB板加在一块铝板上面，所述铝板的厚度为1mm，长度为97mm,宽为82mm,所述铝板作为所述双频壁挂天线的反射板。

在本发明所述的双频壁挂天线中，每一个所述背面板上的S弯形传输线对称位于所述背面接地连接线的两侧，且每一个所述背面板上的S弯形传输线的中间位置均位于所述背面板上的连接线上。

在本发明所述的双频壁挂天线中，所述第五平衡不平衡转换器的长度为14.7mm～14.9mm，所述第五平衡不平衡转换器的宽度为2.4mm～2.6mm；所述第六平衡不平衡转换器的长度为13.4mm～13.6mm，所述第六平衡不平衡转换器的宽度为4.7mm～4.9mm；所述第七平衡不平衡转换器的长度为8.0mm～8.2mm，所述第七平衡不平衡转换器的宽度为4.4mm～4.6mm。

在本发明所述的双频壁挂天线中，所述第十平衡不平衡转换器的长度为4.9mm～5.1mm。

实施本发明的双频壁挂天线，具有以下有益效果：由于天线的馈电点不是在两个辐射振子传输线的中间馈电，而是通过一段正面阻抗匹配线后馈电连接，而在在所述双面覆铜高频PCB板的正面板的传输线的上设计了三个平衡不平衡转换器，使得天线的阻抗和同轴电缆的阻抗形成共轭匹配，5.0GHz频段谐振的辐射振子的传输线采用S弯形设计，即弯形设计，这种设计可减少该双面覆铜高频PCB板的长度，也可增加带宽，同时在阻抗的匹配方面也起到了耦合谐振的作用，这样就可以在有限空间和体积内达到完美的电性能指标，其突破了传统壁挂定向天线单一频段辐射的局限性，实现了多频段的定向辐射，同时成本较为低廉，所以其能解决传统的双频天线难加工、难调试、成本高和性能差的问题、制作简单、易于批量生产、体积较小、重量较轻、便于天线的安装、损耗较小、阻抗匹配较好、驻波比较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明双频壁挂天线一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中双面覆铜高频PCB板的正面板的结构示意图；

图3为所述实施例中双面覆铜高频PCB板的背面板的结构示意图；

图4为所述实施例中双面覆铜高频PCB板的正面板的尺寸示意图；

图5为所述实施例中双面覆铜高频PCB板的背面板的尺寸示意图；

图6为所述实施例中双频壁挂天线在2450MHz频率的测试方向图；

图7为所述实施例中双频壁挂天线在5500MHz频率的测试方向图；

图8为所述实施例中双频壁挂天线测试的驻波图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明双频壁挂天线实施例中，该双频壁挂天线的结构示意图如图1所示。图2为本实施例中双面覆铜高频PCB板的正面板的结构示意图；图3为本实施例中双面覆铜高频PCB板的背面板的结构示意图。本实施例中，该双频壁挂天线包括双面覆铜高频PCB板01，该双面覆铜高频PCB板01上设有2.4GHz频段谐振的辐射振子B和5.0GHz频段谐振的辐射振子A，其中，2.4GHz频段谐振的辐射振子B包括一组2.4GHz半波对称振子，增益在6dBi左右。5.0GHz频段谐振的辐射振子A包括两组5.0GHz半波对称振子，增益在8dBi左右。

上述一组2.4GHz半波对称振子的上半部分设置双面覆铜高频PCB板01的正面板上，因其带宽不宽，直接通过正面板上的连接线2连接起来。每一组5.0GHz半波对称振子的下半部分设置在双面覆铜高频PCB板01的正面板上，且均通过正面板上的S弯形传输线连接，其中，正面板上左侧的S弯形传输线的标记为4，正面板上右侧的S弯形传输线的标记为3。采用S弯形的传输线，目的是为了降低高度尺寸，并在有限的空间和体积内达到完美的电性能指标，同时这种设计方法也可增加带宽，在阻抗的匹配方面也起到了耦合谐振的作用。

本实施例中，该双面覆铜高频PCB板01的正面板上还设有正面阻抗匹配线、馈电点8和正面接地沉铜孔9，其中，正面阻抗匹配线包括依次串接的第五平衡不平衡转换器5、第六平衡不平衡转换器6和第七平衡不平衡转换器7，其中，第五平衡不平衡转换器5的一端与正面板上的连接线2的中间位置连接，第五平衡不平衡转换器5的另一端通过第六平衡不平衡转换器6与第七平衡不平衡转换器7的一端连接，第七平衡不平衡转换器7的另一端连接馈电点8，正面接地沉铜孔9设置在馈电点8的下方。正面接地沉铜孔9作用是使得双面覆铜高频PCB板01的正面板和和双面覆铜高频PCB板01的背面板上的接地能够有效连接导通。同时也是和同轴电缆外导体接地焊接的地方，与双面覆铜高频PCB板01的背面板上的接地面连接导通。

本实施例中，天线的馈电点不是在两个辐射振子传输线的中间馈电，而是在传输线的中心下面的底部中心馈电，这样可以使该双频壁挂天线的阻抗更加匹配。馈电点8上方的正面阻抗匹配线采用第五平衡不平衡转换器5、第六平衡不平衡转换器6和第七平衡不平衡转换器7，既可增加带宽，同时在阻抗的匹配方面也起到了耦合谐振的作用。使得电流的不平衡变为平衡，形成宽频带，低驻波的特性，从而达到天线阻抗的共轭匹配。

本发明能解决传统的双频天线难加工、难调试、成本高和性能差的问题、制作简单、易于批量生产、体积较小、重量较轻、便于天线的安装、损耗较小、阻抗匹配较好、驻波比较低。

本实施例中，两个正面板上的S弯形传输线对称位于正面阻抗匹配线的两侧，且每一个正面板上的S弯形传输线的中间位置均位于正面板上的连接线2上。

上述一组2.4GHz半波对称振子的下半部分设置双面覆铜高频PCB板01的背面板上，并通过背面板上的连接线连接，每一组5.0GHz半波对称振子的上半部分设置在双面覆铜高频PCB板01的背面板上，均通过背面板上的S弯形传输线连接。双面覆铜高频PCB板01的背面板上还设有背面阻抗匹配线10、背面接地连接线11和背面接地沉铜孔12，背面接地连接线11的一端与背面板上的连接线13的中间位置连接，背面接地连接线11的一端还通过背面阻抗匹配线10到达另一端，背面接地连接线11的另一端与背面接地沉铜孔12连接。背面阻抗匹配线10包括第十平衡不平衡转换器。采用在双面覆铜高频PCB板01的背面板上加背面阻抗匹配线10的做法，对2.4GHz和5.0GHz频段的阻抗匹配能起到谐振耦合的作用。对于背面接地连接线11来说，接地面的大小直接影响双面覆铜高频PCB板01上的电感和电容在天线上的分布，可根据阻抗匹配调整接地面的最佳尺寸。

本实施例中，每一个背面板上的S弯形传输线14对称位于背面接地连接线11的两侧，且每一个背面板上的S弯形传输线14的中间位置均位于背面板上的连接线13上。

本实施例中，该双面覆铜高频PCB板01的损耗较小，该双面覆铜高频PCB板01的厚度为1mm，长度为87mm，宽度为72mm。该双面覆铜高频PCB板01加在一块铝板上面，铝板的厚度为1mm，长度为97mm,宽为82mm，铝板作为该双频壁挂天线的反射板，反射板和该双面覆铜高频PCB板01之间的高度可根据性能指标的要求加以调整。该双面覆铜高频PCB板01的背面板上的覆铜部分为天线的接地端，用50欧的同轴电缆的外导体与背面接地沉铜孔12连接导通，内导体与馈电点8连接导通，并加在该双面覆铜高频PCB板01的上面作为天线的反射板，则构成一幅完整的双频壁挂天线，反射板和线路板的之间的距离可根据性能指标的要求加以调整。

该双频壁挂天线应用在无线局域网(英文名为Wireless Local Area Networks，简写为WLAN)覆盖的终端设备上，使无线局域网的终端设备工作于中心频率为2.4GHz(2.4GHz-2.5GHz)及5.0GHz(5.15GHz-5.85GHz)两个频段，使得无线局域网的终端设备可发射和接收中心频率为2.4GHz及5.0GHz两个频段的信号，并达到多输入多输出的功效。其满足较小的天线尺寸和防止电磁波的干扰，同时覆盖多个通信频段的要求。

本实施例中，第五平衡不平衡转换器5的长度为14.7mm～14.9mm，第五平衡不平衡转换器5的宽度为2.4mm～2.6mm；第六平衡不平衡转换器6的长度为13.4mm～13.6mm，第六平衡不平衡转换器6的宽度为4.7mm～4.9mm；第七平衡不平衡转换器7的长度为8.0mm～8.2mm，第七平衡不平衡转换器7的宽度为4.4mm～4.6mm。第十平衡不平衡转换器的长度为4.9mm～5.1mm。

由于在双面覆铜高频PCB板01的正面板上设计了三个平衡不平衡转换器，在双面覆铜高频PCB板01的背面板上设计了一个平衡不平衡转换器，使得该双频壁挂天线的阻抗和同轴电缆的阻抗形成共轭匹配。

图4为本实施例中双面覆铜高频PCB板的正面板的尺寸示意图；图5为本实施例中双面覆铜高频PCB板的背面板的尺寸示意图，下面给出每个尺寸的最佳值，L1为25mm，W1为3mm，L2为11.7mm，W2为2.5mm，L3为20.95mm，W3为13.45mm，L4为2mm，W4为1.5mm，L5为1.5mm，W5为13.5mm，L6为1.5mm，W6为10.5mm，L7为14.8mm，W7为2.5mm，L8为13.5mm，W8为31.35mm，L0为8.1mm，W9为4.8mm，L10为15.2mm，W10为4.5mm，L11为1.5mm，W11为1.5mm，L12为11mm，W12为11mm，L13为5mm。可见，传输线的宽度大小是不一样的，在双面覆铜高频PCB板01的正面板和双面覆铜高频PCB板01的背面板上的传输线的宽度，在不同的地方都是不一样的，因此传输线的特性阻抗和输入阻抗也随之改变。

图6为本实施例中双频壁挂天线在2450MHz频率的测试方向图，当测试平面为水平面时，峰值电平为-28.75dB，3dB的宽度为74.44度；当测试平面为垂直面时，峰值电平为-27.71dB，3dB的宽度为74.09度；增益为6.39dBi。

图7为本实施例中双频壁挂天线在5500MHz频率的测试方向图，当测试平面为水平面时，峰值电平为-27.47dB，3dB的宽度为57.44度；当测试平面为垂直面时，峰值电平为-27.56dB，3dB的宽度为72.55度；增益为8.27dB。

图8为本实施例中双频壁挂天线测试的驻波图。

本发明的双频壁挂天线经由Ansoft HFSS仿真模拟计算到样品的多次修改，性能调试和完善，最后经仪器的检测验证，实现了在一副天线里面有双频的谐振，频率范围可为2400-2500/5150-5850MHz，驻波比小于1.7，2400-2500MHz频段增益在6dBi左右；5150-5850MHz频段增益在8dBi左右；该双频壁挂天线的水平面方向图和垂直面方向图正常，如图6、图7和图8所示，性能指标明显优于同类产品，而且体积较小，重量较轻，便于天线的安装；满足了在无线局域网同时覆盖两个通信频段的需求，提高了产品的市场竞争力，证明该双频壁挂天线是确实可行的。

总之，本发明突破了传统壁挂定向天线单一频段辐射的局限性，解决了传统的双频天线难加工、难调试、成本高和性能差的问题，实现了多频段的定向辐射。本发明成本低廉、制作简单、易于规模生产；焊接时只需一人操作，便可一步到位，使得焊接操作的效率得到大幅度高，大大地提高了生产效率，同时也提升了产品的品质。本发明具有双频段覆盖，弥补了同类型天线频带窄的不足，满足了电信设备商的多个通信频段覆盖的需求。本发明的双频壁挂天线体积较小、重量较轻，这样便于天线的安装；其损耗较小，阻抗匹配较好，驻波比较低，减少了调试时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。