一种3.5GHz双极化无线局域网吸顶天线制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于3.5GHz(3.3-3.8GHz)无线局域网(WiFi/WiMax)接入点的低剖面双极化室内吸顶天线，天线尺寸为188×188×20(mm)。其馈线部分为基于标准印刷电路工艺的微带线，辐射单元由全钢片结构的4组主激励单元和9片寄生谐振单元构成。本发明专利技术针对工作频率在3.3-3.8GHz的无线局域网系统接入点进行了优化设计，天线形式为低剖面的平板吸顶天线，实现了具有宽带(500MHz)、中高增益(15.5±0.5dBi)、低交叉极化-共极化比(20dB)和高端口隔离度(>20dB)的，具有结构简单、体积小巧，满足平面电路集成的要求，并且具有成本低、便于批量生产等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种3.5GHz双极化无线局域网吸顶天线
本专利技术涉及通信系统综合设计领域，具体涉及一种适用于3.5GHz(3300-3800MHz)无线局域网(WiFi/WiMax)的双极化平板形式接入天线。
技术介绍
随着无线局域网技术的普及和相关终端设备的大量商业化出现，无线局域网正迅速在各种建筑物内外实现布网和覆盖。目前，主流的无线局域网工作频率包括2.4GHz，5.8GHz和3.5GHz，根据各个国家和地区对无线电频谱的管理要求不同而选取不同的频率。需要注意的是，不同的工作频率对应着不同的通信标准和协议，但都能够有效的支持宽带数据传输业务。无线局域网正作为对移动通信网络的一种有效补充方式，与生产生活的联系日益紧密。在架设和部署无线局域网时，尤其在室内场景下，相关的天线设备必须安装在特定的位置以满足对网络的覆盖要求。同时，天线的辐射特性，诸如增益、辐射方向图，也都决定了网络的覆盖特性。以3.5GHz无线局域网技术为例，为了实现较好的传输速率，天线增益要求不小于15dBi。为了有效的提升信道容量，提高数据传输速率，多天线或多通道技术正逐步取消原始的单天线或单通道技术。此外，天线的暴露安装需求，会带来美观问题，因此，无线局域网天线的小型化和美观化也是设计中必须考虑的问题。众所周知，天线的小型化与高增益之间是一对设计矛盾；此外，多天线设计必然会带来体积增加或者天线间互耦等问题。因此，研制一款同时具有中高增益(>15dBi)、双极化辐射特性和小型化或平面形式的天线是新型无线局域网天线研发中的难点。
技术实现思路
要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本专利技术提出一种3.5GHz双极化无线局域网吸顶天线，用于解决现有的局域网天线设备中的多天线技术无法同时兼顾小型化、高增益的技术问题。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种3.5GHz双极化无线局域网吸顶天线，包括介质基片、主辐射单元和寄生辐射贴片，所述介质基片上具有金属衬底，所述主辐射单元和寄生辐射贴片均悬浮设置在介质基片上；所述寄生辐射贴片共有9个并且排列成三行三列的田字格形式，所述主辐射单元共有4个且分别均匀地呈几何对称分布于田字格的4个象限内；每个主辐射单元包括上下两层贴片，其中靠近介质基片的贴片为四条长边四条短边间隔组成的八边形金属贴片，远离介质基片的贴片为正方形金属贴片；还包括两个微带线形式的馈电网络，每个馈电网络均为由3组树状二等分功率分配器按照以其中的2组树状二等分功率分配器级联在上述2组树状二等分功率分配器以外的1组树状二等分功率分配器的等功率输出端的两级级联方式形成的一分四的等功率分配馈电结构；对于每个馈电网络，其末端配备一组金属线，每组金属线内包含4根与介质基片相垂直的金属线，馈电网络的4个末端与4根金属线一一对应并且通过金属线连接到八边形金属贴片中与馈电网络连接的长边中点上；每个八边形金属贴片中各有一组相邻的2个长边分别连接到两个不同的馈电网络上。本专利技术在传统贴片天线阵列基础上提出了主辐射单元加寄生辐射单元结构，寄生辐射单元巧妙而紧凑地分布在主辐射单元周边，实现了紧凑化的排布设计。其中主辐射单元通过馈电网络直接激励，寄生辐射单元则由主辐射单元通过空间耦合实现二次激励。主辐射单元和寄生辐射单元共同构成了一个较大的天线辐射口径，寄生辐射单元的引入可以提高辐射口径中辐射场的均匀性，从而有效地提高天线的增益；同时，由于寄生辐射单元采用空间激励方式，避免了引入复杂的馈电网络和由馈电网络引入的插入损耗，可以有效的简化天线结构，便于设计和实现，同时可以使天线具有较高的辐射效率。此外，寄生辐射单元的引入还可以丰富天线的谐振频率，进一步拓展天线的工作带宽。进一步的，在本专利技术中，位于相邻象限的两两主辐射单元之间的距离为0.8～0.9个工作波长；所述八边形金属贴片距离介质基片0.02～0.03个工作波长；所述正方形金属贴片距离介质基片0.08～0.12个工作波长；所述寄生辐射贴片距离介质基片的距离为0.06～0.07个工作波长。本专利技术所采用的主辐射单元为正方形金属贴片和八边形金属贴片层叠结构，贴片间距和贴片到介质基片背面金属地间距的选取符合常规贴片天线设计准则，在1％个工作波长左右。考虑到寄生辐射单元的排布需要，主辐射单元间距的选取较大，但仍小于一个工作波长以避免辐射方向图中栅瓣出现。寄生辐射单元与介质基片背面金属地之间的间距也控制在1％个工作波长左右。进一步的，在本专利技术中，在寄生辐射贴片中，位于中心的一个尺寸最小，位于四个顶角上的四个尺寸相同且尺寸最大，剩余的四个尺寸相同且尺寸居中。寄生辐射贴片的尺寸设计是优选的结果，优选目标在于能够有效提升天线的增益，同时需要满足不会与主辐射单元发生交叠。进一步的，在本专利技术中，主辐射单元的中心设置有金属柱，将主辐射单元支撑并固定在介质基片的金属衬底上。利用金属柱支撑固定主辐射单元为本行业内通用的做法。进一步的，在本专利技术中，寄生辐射贴片的中心设置有尼龙柱，将寄生辐射贴片支撑并固定在介质基片的金属衬底上。需要指出，之所以采用尼龙柱是因为部分寄生辐射贴片中心下方存在馈电网络的微带线，如果选用金属柱会破坏馈电结构，因此采用了尼龙柱支撑。有益效果：本专利技术的天线具有较宽的工作带宽，覆盖了3.3-3.8GHz无线局域网工作频带，并且经过实验测试，工作频带内两个端口的驻波均优于14dB；同时支持双极化辐射，极化端口隔离优于20dB，两个极化辐射增益均大于15dBi，共极化交叉极化比优于22dB；将本专利技术的结构制备成实物，外形尺寸长*宽*厚约为188mm×188mm×20mm，为平板结构，能够作为吸顶式天线安装在建筑物内，具有良好的隐蔽特性；另外，本设计的天线结构简单，是由几种基本的元件以类似的方式组合而成，因此可以方便地利用印刷电路板工艺和金属片线切割工艺生产，成本低、精度高、重复性好，适合大批量生产。综上所述，本专利技术的无线局域网接入天线具有宽工作频带、高增益、双极化(双端口)、体积小巧(平板状)、吸顶式安装的特点，并且具有成本低、便于批量生产等优点，因此适用于无线局域网(WiFi/WiMax)系统中应用。附图说明图1为本专利技术的3.5GHz双极化无线局域网吸顶天线的平面示意图；图2为天线双端口驻波和端口间隔离测试结果；图3为天线1端口输入时，电场平面(E面)和磁场平面(H面)辐射方向图测试结果；图4为天线1端口输入时，电场平面(E面)和磁场平面(H面)增益测试结果；图5为天线2端口输入时，电场平面(E面)和磁场平面(H面)辐射方向图测试结果；图6为天线2端口输入时，电场平面(E面)和磁场平面(H面)增益测试结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，为本专利技术的一种3.5GHz双极化无线局域网吸顶天线，该天线由具有金属衬底的介质基片1构成天线的地板和支撑结构，在介质基片1上表面印刷有两组微带线形式的馈电网络2、3，馈电网络2中包含了三组树状二等分功率分配器21、22、23，馈电网络3中包含了三组树状二等分功率分配器31、32、33，每个馈电网络均为由3组树状二等分功率分配器按照以其中的2组树状二等分功率分配器级联在上述2组树状二等分功率分配器以外的1组树状二等分功率分配器的等功率输出端的两级级联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3.5GHz双极化无线局域网吸顶天线，其特征在于：包括介质基片、主辐射单元和寄生辐射贴片，所述介质基片上具有金属衬底，所述主辐射单元和寄生辐射贴片均悬浮设置在介质基片上；所述寄生辐射贴片共有9个并且排列成三行三列的田字格形式，所述主辐射单元共有4个且分别均匀地呈几何对称分布于田字格的4个象限内；每个主辐射单元包括上下两层贴片，其中靠近介质基片的贴片为四条长边四条短边间隔组成的八边形金属贴片，远离介质基片的贴片为正方形金属贴片；还包括两个微带线形式的馈电网络，每个馈电网络均为由3组树状二等分功率分配器形成的一分四的功率分配馈电结构；对于每个馈电网络，其末端配备一组金属线，每组金属线内包含4根与介质基片相垂直的金属线，馈电网络的4个末端与4根金属线一一对应并且通过金属线连接到八边形金属贴片中与馈电网络连接的长边中点上；每个八边形金属贴片中各有一组相邻的2个长边分别连接到两个不同的馈电网络上。

【技术特征摘要】
1.一种3.5GHz双极化无线局域网吸顶天线，其特征在于：包括介质基片、主辐射单元和寄生辐射贴片，所述介质基片上具有金属衬底，所述主辐射单元和寄生辐射贴片均悬浮设置在介质基片上；所述寄生辐射贴片共有9个并且排列成三行三列的田字格形式，所述主辐射单元共有4个且分别均匀地呈几何对称分布于田字格的4个象限内；每个主辐射单元包括上下两层贴片，其中靠近介质基片的贴片为四条长边四条短边间隔组成的八边形金属贴片，远离介质基片的贴片为正方形金属贴片；还包括两个微带线形式的馈电网络，每个馈电网络均为由3组树状二等分功率分配器按照以其中的2组树状二等分功率分配器级联在上述2组树状二等分功率分配器以外的1组树状二等分功率分配器的等功率输出端的两级级联方式形成的一分四的等功率分配馈电结构；对于每个馈电网络，其末端配备一组金属线，每组金属线内包含4根与介质基片相垂直的金属线，馈电网络的4个末端与4根金属线一一对应并且通过金属线连接到八边形金属贴片中与馈电网络连接的长边中点上；每个八边形金属贴片中各有一组相邻的2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦，杨天杨，洪伟，朱晓维，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32