[實用新型]15dBi雙極化無線局域網接入天線

有效

• 申請號: 201420598928.X
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN204144432U
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 張彥;楊天楊;洪偉;朱曉維
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q21/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本實用新型涉及通信系統綜合設計領域，具體涉及一種適用于3.5GHz(3300-3800MHz)無線局域網(WiFi/WiMax)的雙極化平板形式接入天線。

背景技術

隨著無線局域網技術的普及和相關終端設備的大量商業化出現，無線局域網正迅速在各種建筑物內外實現布網和覆蓋。目前，主流的無線局域網工作頻率包括2.4GHz，5.8GHz和3.5GHz，根據各個國家和地區對無線電頻譜的管理要求不同而選取不同的頻率。需要注意的是，不同的工作頻率對應著不同的通信標準和協議，但都能夠有效的支持寬帶數據傳輸業務。無線局域網正作為對移動通信網絡的一種有效補充方式，與生產生活的聯系日益緊密。

在架設和部署無線局域網時，尤其在室內場景下，相關的天線設備必須安裝在特定的位置以滿足對網絡的覆蓋要求。同時，天線的輻射特性，諸如增益、輻射方向圖，也都決定了網絡的覆蓋特性。以3.5GHz無線局域網技術為例，為了實現較好的傳輸速率，天線增益要求不小于15dBi。為了有效的提升信道容量，提高數據傳輸速率，多天線或多通道技術正逐步取消原始的單天線或單通道技術。此外，天線的暴露安裝需求，會帶來美觀問題，因此，無線局域網天線的小型化和美觀化也是設計中必須考慮的問題。眾所周知，天線的小型化與高增益之間是一對設計矛盾；此外，多天線設計必然會帶來體積增加或者天線間互耦等問題。因此，研制一款同時具有中高增益(>15dBi)、雙極化輻射特性和小型化或平面形式的天線是新型無線局域網天線研發中的難點。

實用新型內容

要解決的技術問題：針對現有技術的不足，本實用新型提出15dBi雙極化無線局域網接入天線，用于解決現有的局域網天線設備中的多天線技術無法同時兼顧小型化、高增益的技術問題。

技術方案：為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案：

15dBi雙極化無線局域網接入天線，包括介質基片、主輻射單元和寄生輻射貼片，所述介質基片上具有金屬襯底，所述主輻射單元和寄生輻射貼片均懸浮設置在介質基片上；所述寄生輻射貼片共有9個并且排列成三行三列的田字格形式，所述主輻射單元共有4個且分別均勻地呈幾何對稱分布于田字格的4個象限內；每個主輻射單元包括上下兩層貼片，其中靠近介質基片的貼片為四條長邊四條短邊間隔組成的八邊形金屬貼片，遠離介質基片的貼片為正方形金屬貼片；還包括兩個微帶線形式的饋電網絡，每個饋電網絡均為由3組樹狀二等分功率分配器形成的一分四的功率分配饋電結構；對于每個饋電網絡，其末端配備一組金屬線，每組金屬線內包含4根與介質基片相垂直的金屬線，饋電網絡的4個末端與4根金屬線一一對應并且通過金屬線連接到八邊形金屬貼片中與饋電網絡連接的長邊中點上；每個八邊形金屬貼片中各有一組相鄰的2個長邊分別連接到兩個不同的饋電網絡上。

本實用新型在傳統貼片天線陣列基礎上提出了主輻射單元加寄生輻射單元結構，寄生輻射單元巧妙而緊湊地分布在主輻射單元周邊，實現了緊湊化的排布設計。其中主輻射單元通過饋電網絡直接激勵，寄生輻射單元則由主輻射單元通過空間耦合實現二次激勵。主輻射單元和寄生輻射單元共同構成了一個較大的天線輻射口徑，寄生輻射單元的引入可以提高輻射口徑中輻射場的均勻性，從而有效地提高天線的增益；同時，由于寄生輻射單元采用空間激勵方式，避免了引入復雜的饋電網絡和由饋電網絡引入的插入損耗，可以有效的簡化天線結構，便于設計和實現，同時可以使天線具有較高的輻射效率。此外，寄生輻射單元的引入還可以豐富天線的諧振頻率，進一步拓展天線的工作帶寬。

進一步的，在本實用新型中，位于相鄰象限的兩兩主輻射單元之間的距離為0.8～0.9個工作波長；所述八邊形金屬貼片距離介質基片0.02～0.03個工作波長；所述正方形金屬貼片距離介質基片0.08～0.12個工作波長；所述寄生輻射貼片距離介質基片的距離為0.06～0.07個工作波長。本實用新型所采用的主輻射單元為正方形金屬貼片和八邊形金屬貼片層疊結構，貼片間距和貼片到介質基片背面金屬地間距的選取符合常規貼片天線設計準則，在1％個工作波長左右。考慮到寄生輻射單元的排布需要，主輻射單元間距的選取較大，但仍小于一個工作波長以避免輻射方向圖中柵瓣出現。寄生輻射單元與介質基片背面金屬地之間的間距也控制在1％個工作波長左右。

進一步的，在本實用新型中，在寄生輻射貼片中，位于中心的一個尺寸最小，位于四個頂角上的四個尺寸相同且尺寸最大，剩余的四個尺寸相同且尺寸居中。寄生輻射貼片的尺寸設計是優選的結果，優選目標在于能夠有效提升天線的增益，同時需要滿足不會與主輻射單元發生交疊。