天线装置及微波感应器的制作方法

1.本技术涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种天线装置及微波感应器。


背景技术：

2.随着无线通信技术的进步，对天线高性能的要求也愈发强烈。目前，因为微波感应器通常采用抗干扰能力比较弱的线极化天线，若碰到恶劣天气时，采用线极化天线的微波感应器可能会出现性能不稳定或失效的问题，所以微波感应器大多数应用于办公室、卧室等室内空间，存在应用层面不高的问题。
3.因此，如何提供一种天线装置及微波感应器，能够解决上述问题，为本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种天线装置及微波感应器，可以有效解决现有的微波感应器因采用线极化天线而存在应用层面不高的问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
6.本技术提供了一种天线装置，其包括：圆极化天线、金属圆柱环、第一金属空心圆锥体和第二金属空心圆锥体；圆极化天线包括天线基板、至少一个辐射贴片和馈电网络；天线基板设置有通孔，所述至少一个辐射贴片设置于天线基板上；馈电网络与所述至少一个辐射贴片位于天线基板的同一表面或相对表面，且包括一个输入端口和偶数个输出端口，输入端口作为馈电网络的馈电端口，两个相邻的输出端口之间的相位差为90
°
，偶数个输出端口的输出功率相等且连接所述至少一个辐射贴片，实现圆极化辐射特性；金属圆柱环的一端环绕连接天线基板而形成容置空间，所述至少一个辐射贴片位于容置空间内；第一金属空心圆锥体的底部连接金属圆柱环的另一端，第一金属空心圆锥体的顶部尖端朝向容置空间；第二金属空心圆锥体开设有第一开口与第二开口，第二金属空心圆锥体的内径由第一开口向第二开口逐渐变大设置，第一开口连接天线基板的通孔的外周缘。
7.本技术还提供了一种微波感应器，其包括：振荡电路、本技术的天线装置、混频电路、低通放大电路和单片机，振荡电路连接天线装置，天线装置连接混频电路，混频电路连接低通放大电路，低通放大电路连接单片机。
8.在本技术实施例中，通过馈电网络的偶数个输出端口连接辐射贴片的设计，实现辐射贴片的圆极化波辐射；圆极化波适合恶劣的传输环境，因此，将圆极化天线应用在微波感应器中可以大大提高其抗干扰能力，使得微波感应器可应用于户外环境；微波感应器用于室外，相比较于红外感应器而言，有节约能耗等优势。此外，在本技术实施例的天线装置中，通过金属圆柱环、第一金属空心圆锥体和第二金属空心圆锥体的设计，可以改变电磁波辐射方向和天线装置的辐射场型，进而改善天线装置的定向辐射。
附图说明
9.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
10.图1为依据本技术的天线装置的一实施例第一视角立体图；
11.图2为图1的天线装置的第二视角立体图；
12.图3为图1的天线装置沿线段aa截切的截面示意图；
13.图4为图3的区域b的放大示意图；
14.图5为图1的天线装置的爆炸图；
15.图6为图1的馈电网络的示意图；
16.图7为图6的馈电网络的馈电原理图；
17.图8为图1的天线装置在工作频段为5.8ghz的e平面与h平面的仿真场型图；
18.图9为依据本技术的天线装置的另一实施例爆炸图；
19.图10为图9的圆极化天线的剖面图；
20.图11为图10的区域c的放大图；
21.图12为依据本技术的圆极化天线的一实施例俯视图；
22.图13为依据本技术的圆极化天线的另一实施例俯视图；以及
23.图14为依据本技术的微波感应器的一实施例框图。
具体实施方式
24.以下将配合相关附图来说明本实用新型的实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的组件或方法流程。
25.必须了解的是，使用在本说明书中的“包含”、“包括”等词，是用于表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理及/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件，或以上的任意组合。
26.必须了解的是，当组件描述为“连接”或“耦接”至另一组件时，可以是直接连结、或耦接至其他组件，可能出现中间组件。相反地，当组件描述为“直接连接”或“直接耦接”至另一组件时，其中不存在任何中间组件。
27.请参阅图1至图5，图1为依据本技术的天线装置的一实施例第一视角立体图，图2为图1的天线装置的第二视角立体图，图3为图1的天线装置沿线段aa截切的截面示意图，图4为图3的区域b的放大示意图，图5为图1的天线装置的爆炸图。如图1至图5所示，天线装置1包括：圆极化天线11、金属圆柱环12、第一金属空心圆锥体13和第二金属空心圆锥体14；圆极化天线11包括天线基板111、至少一个辐射贴片112和馈电网络113。其中，圆极化天线11的工作频率可为但不限于5.8吉赫(ghz)，辐射贴片112可为但不限于矩形金属辐射贴片，辐射贴片112的材质可采用银、铜和铝中的任意一种金属或者任意几种金属的合金，辐射贴片112的数量可为但不限于四个，但本实施例并非用以限定本技术。
28.在本实施例中，天线基板111设置有通孔1111，辐射贴片112设置于天线基板111上；馈电网络113与辐射贴片112位于天线基板111的同一表面，馈电网络113可包括一个输入端口1131和偶数个输出端口1132，一个输入端口1131作为馈电网络113的馈电端口，两个相邻的输出端口1132之间的相位差为90
°
，偶数个输出端口1132连接辐射贴片112，实现圆
极化辐射特性(如图6所示，图6为图1的馈电网络的示意图)。
29.在一实施例中，天线基板111可包括金属过孔1112以及依序层叠设置的第一介质基板1113、第一接地板1114、第二介质基板1115和第二接地板1116，馈电网络113与辐射贴片112位于第一介质基板1113远离第一接地板1114的表面，第二接地板1115通过金属过孔1112与辐射贴片112相连接。其中，第一介质基板1113和第二介质基板1115的材质可为但不限于rogers ro4003、f4b以及fr4中任意一种材料或者任意几种材质制成的复合材料，第一接地板1114和第二接地板1116的材质可为但不限于银、铜和铝中的任意一种金属或者任意几种金属的合金，可依据实际需求进行调整。在较佳的实施例中，由于采用馈电网络113对辐射贴片112进行馈电，馈电网络113对第一介质基板1113和第二介质基板1115的损耗会比较大，因此，第一介质基板1113和第二介质基板1115可采用介电常数为3.55的rogers ro4003，其相比较于fr4更加适用于馈电网络113的要求。
30.在一实施例中，馈电网络113可以与天线基板111进行一体化设计，减少了实际工程中的焊接工作。
31.请参阅图6，馈电网络113还可包括一分四功分器1133，一分四功分器1133具有四个输出端口1132，四个输出端口1132的输出功率相等且相位依次设置为0
°
、90
°
、180
°
、270
°
，四个输出端口1132与四个辐射贴片112一对一连接。因此，圆极化天线11可为四馈点圆极化天线，但本实施例并非用以限定本技术。
32.请参阅图6，馈电网络113所包括的一分四功分器1133可包括圆弧传输线1134a、圆弧传输线1134b、圆弧传输线1134c、直线传输线1135a、直线传输线1135b、直线传输线1135c、直线传输线1135d、匹配传输线1136a、匹配传输线1136b、匹配传输线1136c和匹配传输线1136d，圆弧传输线1134a、圆弧传输线1134b、圆弧传输线1134c、直线传输线1135a、直线传输线1135b、直线传输线1135c和直线传输线1135d中每一个的长度可均为圆极化天线11的工作频率的四分之一波长；圆弧传输线1134a、圆弧传输线1134b和圆弧传输线1134c可均具有90度圆弧结构且串行连接(即圆弧传输线1134a的一端连接圆弧传输线1134b的一端，圆弧传输线1134b的另一端连接圆弧传输线1134c的一端)，串行连接的三个圆弧传输线的一端连接输入端口1131(即圆弧传输线1134a的另一端连接输入端口1131)；直线传输线1135a、直线传输线1135b、直线传输线1135c和直线传输线1135d的一端分别连接于两个相邻的圆弧传输线之间(即圆弧传输线1134a和圆弧传输线1134b之间及圆弧传输线1134b和圆弧传输线1134c之间)及串行连接的三个圆弧传输线的两端(即圆弧传输线1134a的另一端和圆弧传输线1134c的另一端)，直线传输线1135a、直线传输线1135b、直线传输线1135c和直线传输线1135d的另一端分别连接匹配传输线1136a、匹配传输线1136b、匹配传输线1136c和匹配传输线1136d的一端；匹配传输线1136a、匹配传输线1136b、匹配传输线1136c和匹配传输线1136d的另一端分别连接四个输出端口1132。
33.其中，圆弧传输线1134a、圆弧传输线1134b和圆弧传输线1134c用于相位延迟，直线传输线1135a、直线传输线1135b、直线传输线1135c和直线传输线1135d用于阻抗变换，匹配传输线1136a、匹配传输线1136b、匹配传输线1136c和匹配传输线1136d用于阻抗匹配；通过圆弧传输线1134a、圆弧传输线1134b、圆弧传输线1134c、直线传输线1135a、直线传输线1135b、直线传输线1135c、直线传输线1135d、匹配传输线1136a、匹配传输线1136b、匹配传输线1136c和匹配传输线1136d的设计，实现四个输出端口1132的输出功率相等且相位依次
设置为0
°
、90
°
、180
°
、270
°
。
34.具体地，请参阅图6和图7，图7为图6的馈电网络的馈电原理图，其中，直线传输线1135a的阻抗为z1，圆弧传输线1134a的阻抗为z2，直线传输线1135b的阻抗为z3，圆弧传输线1134b的阻抗为z4，直线传输线1135c的阻抗为z5，圆弧传输线1134c的阻抗为z6，直线传输线1135d的阻抗为z7。由于馈电网络113中每个输出端口1132的输出功率相等且相位依次设置为0
°
、90
°
、180
°
、270
°
，同时保证整体的输入阻抗为50欧姆和提高馈电网络113的可靠性(即最小阻抗在70欧姆以上，以减少耦合和杂散辐射)，使得z1可为100欧姆，z2可为80欧姆，z3可为120欧姆，z4可为96欧姆，z5可为80欧姆，z6可为128欧姆，z7可为80欧姆。
35.在一实施例中，为了减少馈电网络113的尺寸，四个匹配传输线(即匹配传输线1136a、匹配传输线1136b、匹配传输线1136c和匹配传输线1136d)可为弯折传输线。
36.请参阅图3和图5，金属圆柱环12的一端环绕连接天线基板111而形成容置空间121，辐射贴片112位于容置空间121内；第一金属空心圆锥体13的底部连接金属圆柱环12的另一端，第一金属空心圆锥体13的顶部尖端朝向容置空间121；第二金属空心圆锥体14开设有第一开口141与第二开口142，第二金属空心圆锥体14的内径由第一开口141向第二开口142逐渐变大设置，第一开口141连接天线基板111的通孔1111的外周缘。因此，通过金属圆柱环12、第一金属空心圆锥体13和第二金属空心圆锥体14对圆极化天线11所收发的射频信号进行反射处理，可以改变电磁波辐射方向和天线装置1的辐射场型，进而改善天线装置1的定向辐射。
37.在一实施例中，第一金属空心圆锥体13的顶部尖端可位于通孔1111的内端。
38.请参阅图8，其为图1的天线装置在工作频段为5.8ghz的e平面与h平面的仿真场型图，其中，实线为e平面(即phi＝0
°
)的辐射场型曲线，虚线为h平面(即phi＝90
°
)的辐射场型曲线。如图8所示，天线装置1具有低后瓣，应用于微波感应器时，可极大程度减少因为天花板或者其他金属物质引起的自激现象；方向性系数为9.34db，3db波束宽度(即半功率波束宽度)接近60
°
，辐射电磁波的能力强，可以到达工程使用的标准。
39.请参阅图9至图11，图9为依据本技术的天线装置的另一实施例爆炸图，图10为图9的圆极化天线的剖面图，图11为图10的区域c的放大图。如图9至图11所示，图9与图5的实施例之间的差异点在于图9的圆极化天线21与图5圆极化天线11不同；在图9至图11中，圆极化天线21的天线基板211设置有通孔2111，且包括第一金属过孔2112、多个第二金属过孔2117以及依序层叠设置的第一介质基板2113、第一接地板2114、第二介质基板2115、第二接地板2116和第三介质基板2118；圆极化天线21的辐射贴片212的数量为四个，圆极化天线21的辐射贴片212位于第一介质基板2113远离第一接地板2114的表面；圆极化天线21的馈电网络213位于第三介质基板2118远离第二接地板2116的表面(即馈电网络213与辐射贴片212位于天线基板211的相对表面)，馈电网络213包括一个输入端口2131和四个输出端口2132，一个输入端口2131作为馈电网络213的馈电端口，两个相邻的输出端口2132之间的相位差为90
°
；第二接地板2116通过第一金属过孔2112与辐射贴片212相连接，四个输出端口2132通过多个第二金属过孔2117与四个辐射贴片212相连接，以实现圆极化辐射特性。
40.请参阅图12，其为依据本技术的圆极化天线的一实施例俯视图。如图12所示，图12的圆极化天线31与图5的圆极化天线11之间的差异点在于：图12的辐射贴片312的数量为一个，馈电网络313包括一分二功分器3131，一分二功分器3131具有两个输出端口3132，两个
输出端口3132的输出功率相等且相位差相差90
°
，两个输出端口3132连接辐射贴片312，以实现圆极化辐射特性。
41.请参阅图13，其为依据本技术的圆极化天线的另一实施例俯视图。如图13所示，图13的圆极化天线41与图12的圆极化天线31之间的差异点在于：图13的辐射贴片412的数量为两个，馈电网络413包括一分二功分器4131，一分二功分器4131具有两个输出端口4132，两个输出端口4132的输出功率相等且相位差相差90
°
，两个输出端口4132与两个辐射贴片412一对一连接，以实现圆极化辐射特性。
42.请参阅图14，其为依据本技术的微波感应器的一实施例框图。如图14所示，微波感应器5包括：振荡电路51、天线装置1、混频电路52、低通放大电路53和单片机54，振荡电路51连接天线装置1，天线装置1连接混频电路52，混频电路52连接低通放大电路53，低通放大电路53连接单片机54。在本实施例中，可通过振荡电路51产生5.8ghz的射频信号，由天线装置1辐射到周围空间；当周边空间的电磁波遇到移动的物体时，会在移动物体的表面产生散射现象，部分电磁能量通过移动物体表面的反射到达天线装置1；天线装置1将接收到的射频信号经混频电路52与低通放大电路53处理后，传输至单片机54，单片机54基于接收到的信号检测反射波的电磁参数，实现微波感应功能。
43.综上所述，本技术实施例的天线装置及微波感应器中，通过馈电网络的偶数个输出端口连接辐射贴片的设计，实现辐射贴片的圆极化波辐射；圆极化波适合恶劣的传输环境，因此，将圆极化天线应用在微波感应器中可以大大提高其抗干扰能力，使得微波感应器可应用于户外环境；微波感应器用于室外，相比较于红外感应器而言，有节约能耗等优势。此外，在本技术实施例的天线装置中，通过金属圆柱环、第一金属空心圆锥体和第二金属空心圆锥体的设计，可以改变电磁波辐射方向和天线装置的辐射场型，进而改善天线装置的定向辐射。
44.虽然本实用新型使用以上实施例进行说明，但需要注意的是，这些描述并非用于限缩本实用新型。相反地，此实用新型涵盖了所属技术领域中的技术人员显而易见的修改与相似设置。所以，权利要求范围须以最宽广的方式解释来包含所有显而易见的修改与相似设置。