一种PCB偶极振子及双频双极化天线的制作方法

一种pcb偶极振子及双频双极化天线
技术领域
1.本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种pcb偶极振子及双频双极化天线。


背景技术：

2.对称振子或偶极子(dipole)是无线通信中应用最广泛的一种天线。由它演变而来的天线变种不计其数，如移动通信基站天线的基本辐射单元—双极化振子或交叉振子。相比传统的压铸振子，印制pcb振子具有设计灵活性高、打样快、重量轻、低成本等优势。但是，由于结构设计缺陷，正交设置的两振子间的电流及辐射信号存在干涉，造成双极化的隔离度低。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种pcb偶极振子及双频双极化天线。
4.为达到上述目的，本实用新型采用了如下所述的技术方案：
5.一种pcb偶极振子，其包括：
6.第一t型振子板，其包括相连接的第一竖臂和第一横臂，所述第一竖臂的第一正面设有第一阻抗匹配线段和第一背面设有一对第一巴伦臂，所述第一横臂的第一背面设有一对第一辐射臂，位于同一侧的第一巴伦臂与第一辐射臂连接；
7.第二t型振子板，其包括相连接的第二竖臂和第二横臂，所述第二竖臂的第二正面设有第二阻抗匹配线段和第二背面设有一对第二巴伦臂，所述第二横臂的第二背面设有一对第二辐射臂，位于同一侧的第二巴伦臂与第二辐射臂连接，一对所述第二巴伦臂在所述第二竖臂底部相连接；
8.所述第一t型振子板和第二t型振子板竖直正交设置后，所述第一阻抗匹配线段与所述第二阻抗匹配线段间隔设置。
9.作为本实用新型提供的所述的pcb偶极振子的一种优选实施方式，所述第一竖臂和第二竖臂竖直方向上分别开设有长缝和短缝，所述短缝插入长缝以实现所述第一t型振子板与第二t型振子板的竖直正交。
10.作为本实用新型提供的所述的pcb偶极振子的一种优选实施方式，所述第一阻抗匹配线段还连接有第一折弯延长线，所述第一折弯延长线接近所述长缝的区域上凸形成凸线段；所述第二阻抗匹配线段还连接有第二折弯延长线，所述第二折弯延长线接近所述短缝的区域下凹形成凹线段；所述第一t型振子板与第二t型振子板正交后，所述凸线段与凹线段竖直方向上间隔设置。
11.作为本实用新型提供的所述的pcb偶极振子的一种优选实施方式，所述第一t型振子板与第二t型振子板在正交后相接触区域分别设置有对位标记。
12.作为本实用新型提供的所述的pcb偶极振子的一种优选实施方式，所述第一竖臂和第二竖臂的底部分别设置有第一定位块和第二定位块；与所述第一阻抗匹配线段相接近的第一定位块设置有第一馈电线连接区，以将所述第一阻抗匹配线段与线路板馈电线连
接；与所述第二阻抗匹配线段相接近的第二定位块设置有第二馈电线连接区，以将所述第二阻抗匹配线段与线路板馈电线连接。
13.作为本实用新型提供的所述的pcb偶极振子的一种优选实施方式，所述第一竖臂和第二竖臂在第一巴伦臂和第二巴伦臂的底部上分别设有第一地连接区和第二地连接区。
14.作为本实用新型提供的所述的pcb偶极振子的一种优选实施方式，每一所述第一辐射臂和每一所述第二辐射臂的长度为0.45～0.5波长。
15.一种双频双极化天线，其具有反射板及设于所述反射板上的至少一组双频天线组；每一组所述双频天线组包括线路板及沿所述线路板正面的周向外侧矩阵排布的低频双极化振子单元组和沿所述线路板正面的周向内侧矩阵排布的高频双极化振子单元组；所述低频双极化振子单元组的低频振子和高频双极化振子单元组的高频振子的结构均如任一上述的偶极振子。
16.作为本实用新型提供的所述的双频双极化天线的一种优选实施方式，所述线路板正面为全覆铜面。
17.作为本实用新型提供的所述的双频双极化天线的一种优选实施方式，相邻所述低频振子的间距为0.75波长，相邻所述高频振子的间距为0.55波长。
18.作为本实用新型提供的所述的双频双极化天线的一种优选实施方式，所述线路板设置有若干个插接区域，分别用于对应插接定位所述低频振子和高频振子。
19.作为本实用新型提供的所述的双频双极化天线的一种优选实施方式，每一所述插接区域包括第一定向孔与第二定向孔，所述第一定向孔对应所述偶极振子的第一定位块，所述第二定向孔对应所述偶极振子的第二定位块。
20.作为本实用新型提供的所述的双频双极化天线的一种优选实施方式，用于插接具有馈电线连接区的第一定位块的第一定向孔的外围为非覆铜区；用于插接具有馈电线连接区的第二定位块的第二定向孔的外围为非覆铜区。
21.作为本实用新型提供的所述的双频双极化天线的一种优选实施方式，所述线路板的背面设置有低频馈电线路、第一馈电端口、高频馈电线路和第二馈电端口；相同第一极化馈电连接的低频馈电线路相连接后与相同第一极化馈电连接的高频馈电线路相连接后合并至第一馈电端口；相同第二极化馈电连接的低频馈电线路相连接后与相同第二极化馈电连接的高频馈电线路相连接后合并至第二馈电端口。
22.作为本实用新型提供的所述的双频双极化天线的一种优选实施方式，所述低频馈电线路的低频主馈线连接有低频滤波枝节；所述高频馈电线路的高频主馈线连接有高频滤波枝节。
23.本实用新型具有以下有益效果：
24.本实用新型提供了一种pcb偶极振子，其包括竖直正交设置的第一t型振子板和第二t型振子板，所述第一t型振子板和所述第二t型振子板分别设置有第一阻抗匹配线段和第二阻抗匹配线段，设置阻抗匹配线段不仅要进行阻抗匹配，而且用于耦合馈电形成电磁波辐射，具体地，从线路板馈电传输的电流，通过馈电线连接区连接第一阻抗匹配线段和第二阻抗匹配线段，以信号耦合的方式，在对称的振子臂进行电磁波的辐射。同时，当所述第一t型振子板和第二t型振子板正交设置后，所述第一阻抗匹配线段和第二阻抗匹配线段间隔设置，即两者保持一定的距离，以避开两振子间电流及辐射信号干涉的影响，进而提高双
极化的隔离度。
附图说明
25.图1为本实用新型pcb偶极振子整体结构立体图；
26.图2为本实用新型第一t型振子板的第一正面示意图；
27.图3为本实用新型第一t型振子板的第一背面示意图；
28.图4为本实用新型第二t型振子板的第二正面示意图；
29.图5为本实用新型第二t型振子板的第二背面示意图；
30.图6为本实用新型双频双极化天线的结构示意图；
31.图7为本实用新型双频双极化天线的俯视图；
32.图8为本实用新型双频双极化天线中线路板一种实施方式的正面示意图；
33.图9为本实用新型双频双极化天线中线路板的插接区域的放大示意图；
34.图10为本实用新型双频双极化天线中线路板一种实施方式的背面示意图；
35.图11为图10中a处放大示意图；
36.图12为本实用新型双频双极化天线中线路板另一种实施方式的正面示意图；
37.图13为本实用新型双频双极化天线中线路板另一种实施方式的背面示意图。
具体实施方式
38.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
39.实施例1
40.请参考图1-5，本实施例提供了一种pcb偶极振子，其包括竖直方向上正交设置的第一t型振子板100和第二t型振子板200，即由所述第一t型振子板100和第二t型振子板200正交组成偶极振子。具体地，所述第一t型振子板100包括相连接的第一竖臂110和第一横臂120，所述第一竖臂110的第一正面130设有第一阻抗匹配线段150和第一背面140设有一对第一巴伦臂160，所述第一横臂120的第一背面140设有一对第一辐射臂170，位于同一侧的第一巴伦臂160与第一辐射臂170连接；所述第二t型振子板200包括相连接的第二竖臂210和第二横臂220，所述第二竖臂210的第二正面230设有第二阻抗匹配线段250和第二背面240设有一对第二巴伦臂260，所述第二横臂220的第二背面240设有一对第二辐射臂270，位于同一侧的第二巴伦臂260与第二辐射臂270连接，一对所述第二巴伦臂260在所述第二竖臂210底部相连接。其中，当所述第一t型振子板100和第二t型振子板200竖直正交设置后，所述第一阻抗匹配线段150与所述第二阻抗匹配线段250间隔设置。
41.以第一t型振子板100为例，基板材质优选但不限定为环氧树脂板(简称介质板)，介电常数4.0-4.6，厚度1mm。以pcb印刷覆铜形式进行设计所需的偶极子辐射单元，如在介质板的正面形成阻抗匹配线段，在介质板的背面的竖臂区域形成巴仑臂和在横臂区域形成辐射臂，而且巴仑臂与振子臂连接，左右偶极对称，如同位于左侧的巴仑臂与辐射臂相连
接、同位于右侧的巴伦臂与辐射臂相连接，共同组成半波偶极子辐射单元。其中，两侧的辐射臂分别往横臂的两侧延展，使得每一辐射臂的长度距离为0.45-0.5波长(此波长为振子工作频率波长)。第二t型振子板200同理的形成工艺，不再赘述。
42.所述第一竖臂110中心开设一长缝180直接贯穿至底部，缝宽为略大于第二竖臂210的厚度；对应地，所述第二竖臂210竖直方向上开设有短缝280，便于所述短缝280插入长缝180以实现所述第一t型振子板100与第二t型振子板200的竖直正交。
43.所述第一t型振子板100和第二t型振子板200分别设置的第一阻抗匹配线段150和第二阻抗匹配线段250，不仅起到阻抗匹配作用，还起到了耦合馈电的形成电磁波辐射的作用。因为此设计的偶极振子，从线路板馈电传输的电流，通过介质板基层，以信号耦合的方式，在对称偶极子(第一辐射臂170和第二辐射臂270)进行电磁波的辐射。因为电流传输，及介质损耗，耦合馈电等因素的影响，所述第一阻抗匹配线段150和第二阻抗匹配线段250并不一定是完全呈纯电阻状态，同时为了达到更高理优的辐射效率，通过设计所述第一阻抗匹配线段150和第二阻抗匹配线段250的金属馈电带的宽度和长度来调节达到所需的阻抗和相位要求。在某些实施例中，所述第一阻抗匹配线段150还连接有第一折弯延长线151，所述第二阻抗匹配线段250还连接有第二折弯延长线251，可通过变化所述第一折弯延长线151和第二折弯延长线251的长度和/或宽窄来调节阻抗，满足相位要求，消除电抗的影响，扩展频率宽度。更进一步地，所述第一折弯延长线151接近所述长缝180的区域上凸形成凸线段152，即凸起远离长缝180顶部；所述第二折弯延长线251接近所述短缝280的区域下凹形成凹线段252，即下凹远离短缝280底部；如此设计，所述第一t型振子板100与第二t型振子板200正交后，所述凸线段152与凹线段252竖直方向上间隔设置，进而实现所述第一阻抗匹配线段150与第二阻抗匹配线段250保持一定的距离，以避开两振子间电流及辐射信号干涉的影响，提高双极化的隔离度。
44.所述第一t型振子板100与第二t型振子板200在正交后相接触区域分别设置有对位标记300。具体地，可以在所述第一竖臂110的长缝180边上设置对位标记300，在所述第二竖臂210对应的区域设置另一对位标记300，对位标记300可以是三角形、半圆形等标识符号，便于识别对位组合即可。通过设置对位标记300，既能达到正交组合操作上快速便捷，又不会产生误操作，在多个振子组阵时，不光保证结构操作上的一致性，防止出错而造成的降低装配效率。而且在电气性能上，也要相位满足设计上的要求。
45.实施例2
46.作为实施例1的进一步优化改进，为了便于所述偶极振子插接在线路板上的定位孔，在所述第一竖臂110和第二竖臂210的底部分别设置有第一定位块111和第二定位块211，优选地，所述第一定位块111和第二定位块211的深度均大于线路板厚度和馈电焊接所需深度之和。进一步地，为了更好更稳定的插接所述第一t型振子板100和第二t型振子板200，所述第一竖臂110上设置了一对所述第一定位块111，所述第二竖臂210上也设置了一对所述第二定位块211，每一振子板可两点定位，不仅保证垂直插入线路板的定位孔，而且保证插接后所述第一t型振子板100和第二t型振子板200的正交性。
47.一对所述第一定位块111中，相接近所述第一阻抗匹配线段150的第一定位块111设置有第一馈电线连接区1111，以将所述第一阻抗匹配线段150与线路板馈电线连接，另一个所述第一定位块111与线路板的线路不干涉，即仅起到定位插接作用。同理的，一对所述
第二定位块211中，与所述第二阻抗匹配线段250相接近的第二定位块211设置有第二馈电线连接区2111，以将所述第二阻抗匹配线段250与线路板馈电线连接，另一个所述第二定位块211与线路板的线路不干涉。
48.所述第一竖臂110和第二竖臂210在第一巴伦臂160和第二巴伦臂260的底部上分别设有第一地连接区1112和第二地连接区2112，插接在线路板后可通过锡焊接实现接地。
49.具体组装时，将所述第一t型振子板100的长缝180与所述第二t型振子板200的短缝280上下对位插入，两对位标记300对位后即可，插入保持在一个水平面上，形成十字交叉设置，即正交，如此保证辐射单元正交，电磁波干扰性小，隔离度高。
50.本实施例提供了一种pcb偶极振子，其包括竖直正交设置的第一t型振子板100和第二t型振子板200，所述第一t型振子板100和所述第二t型振子板200分别设置有第一阻抗匹配线段150和第二阻抗匹配线段250，设置阻抗匹配线段不仅要进行阻抗匹配，而且用于耦合馈电形成电磁波辐射，具体地，从线路板馈电传输的电流，通过馈电线连接区连接第一阻抗匹配线段150和第二阻抗匹配线段250，以信号耦合的方式，在对称的振子臂进行电磁波的辐射。同时，当所述第一t型振子板100和第二t型振子板200正交设置后，所述第一阻抗匹配线段150和第二阻抗匹配线段250间隔设置，即两者保持一定的距离，以避开两振子间电流及辐射信号干涉的影响，进而提高双极化的隔离度。
51.实施例3
52.请参考图6-7，本实施例提供了一种双频双极化天线，其具有反射板400及设于所述反射板400上的至少一组双频天线组500；每一组所述双频天线组500包括线路板530及沿所述线路板530正面531的周向外侧矩阵排布的低频双极化振子单元组510和沿所述线路板530正面531的周向内侧矩阵排布的高频双极化振子单元组520；所述低频双极化振子单元组510的低频振子511和高频双极化振子单元组520的高频振子521的结构均如实施例1所述的偶极振子。
53.可以理解的是，通过如实施例1所述的偶极振子制作低频振子511用的第一t型振子板100和第二t型振子板200然后对位正交组合形成低频振子511，低频频率为2400-2500mhz；同理，通过如实施例1所述的偶极振子制作高频振子521用的第二t型振子板200和第二t型振子板200然后对位正交组合形成高频振子521，高频频率为4900-6000mhz。
54.下面以两组双频天线组500为例进行详细说明，但可以理解的是，并不局限于两组。请参考图8-13，所述双频双极化天线包括作为底板的反射板400及设于所述反射板400内的两组双频天线组500，由于是双极化，每组合成后的双频天线从两个馈电端口，再连接馈线端口600引出，本天线是两组，故四个馈线端口600。
55.所述线路板530为聚四氟乙烯板，介电常数2.65，厚度1mm。可以有其它选择，选择损耗小的即可。
56.请参考图8-13，所述线路板530正面531为全覆铜面，作为天线的反射面，振子单元(低频双极化振子单元组510和高频双极化振子单元组520)布置于其上面，即线路板530正面531朝上。根据增益和角度的要求，低频双极化振子单元组510和高频双极化振子单元组520分别按2*2单元多阵排列。低频双极化振子单元于线路板530外侧矩形排阵，分别为71、72、73、74块区，高频双极化振子单元组520于线路板530内侧矩形排阵，分别为75、76、77、78块区，低高频阵列组独立性强，进行同幅度同相位的设计，可以独立地按照低高频所在频率
波长比距离进行布阵，低频双极化振子单元的低频振子511间距为0.75波长，高频双极化振子单元的高频振子521间距为0.55波长，保证了各自频率阵列的良好辐射性能，干扰性小，得到较好的方向图。对于现有技术中，用一些双频单元，组阵来达到辐射性能的情况，由于低频和高频的频率差相距较大，组阵单元间距趋向利于高频时，或间距过小时，致使低频增益不够；或者趋向低频时，或间距过大时，致使高频方向图比较差，方向图分裂或畸形的情况发生。
57.所述线路板530设置有若干个插接区域533，分别用于对应插接定位所述低频振子511和高频振子521。关于低频振子511和高频振子521的插接情况，下面以低频振子511为例进行说明，高频振子521同理不再赘述。
58.进行低频振子511插接于某一插接区域533时，低频振子511的第一t型振子板100的一对第一定位块111对应第一定向孔5331，第二t型振子板200的一对第二定位块211对应第二定向孔5332；第一地连接区1112和第二地连接区2112可与可焊区域5333通过锡焊接进行连接，由于线路板530正面531为覆铜区，作为反向接地面。低频振子511的第一t型振子板100和第二t型振子板200各自通过第一地接地区和第二接地区域可焊区域5333焊接固定，保证固定充分，接地良好，保证稳定性。
59.用于插接具有馈电线连接区的第一定位块111的第一定向孔5331的外围为非覆铜区5334；用于插接具有馈电线连接区的第二定位块211的第二定向孔5332的外围为非覆铜区5334。通过设置一小区域为非覆铜区5334，因为阻抗匹配线段从此地穿过时，不能与接地面接触，不仅防止短路，同时防止可能产生的激发杂散电流而影响隔离度。
60.在所述线路板530背面532覆铜馈电线路，当低频双极化振子单元和高频双极化振子单元组520阵后，通过线路板530背面532的pcb微带线进行连接，形成功率分配器。具体地，所述线路板530的背面532设置有低频馈电线路534、第一馈电端口536、高频馈电线路535和第二馈电端口537；相同第一极化馈电连接的低频馈电线路534相连接后与相同第一极化馈电连接的高频馈电线路535相连接后合并至第一馈电端口536；相同第二极化馈电连接的低频馈电线路534相连接后与相同第二极化馈电连接的高频馈电线路535相连接后合并至第二馈电端口537。
61.由于低频双极化振子单元组510按2*2单元多阵排列，等幅同相进行功率分配，按同一极化单元，所述低频馈电线路由低频馈电线5341、低频分馈线5342和低频主馈线5343等连接组成，经过计算仿真，调节微带线宽度和长度满足相位，幅度分配要求，其中所述低频主馈线5343的馈电部通过锡焊接连接馈电连接区(第一馈电线连接区1111或第二馈电线连接区2111)。高频双极化振子单元组520按2*2单元多阵排列，按同一极化单元，所述高频馈电线路由低频馈电线5341、高频分馈线5352和高频主馈线5353等连接组成，经过计算仿真，调节微带线宽度和长度满足相位，幅度分配要求。另一极化同理，在此不再赘述。
62.所述低频馈电线路的低频主馈线5343连接有低频滤波枝节5344，形成低波滤波器，通过所需的频带范围2400-2500mhz低频，滤除抑制4900-6000mhz高频，在低频驻波小，插入损耗小。
63.所述高频馈电线路的高频主馈线5353连接有高频滤波枝节5354，形成低波滤波器，通过所需的频带范围4900-6000mhzmhz高频，滤除抑制2400-2500mhz低频，在高频驻波小，插入损耗小。
64.本实施例提供的双频双极化天线的可达主要技术指标为：
[0065][0066][0067]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0068]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0069]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0070]
显然，以上所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本技术的较佳实施例，但并不限制本技术的专利范围。本技术可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式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效替换。凡是利用本技术说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本技术专利保护范围之内。