CN216903363U - 4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种4.3GHz‑5.15GHz频段高增益栅格天线，它包括呈抛物面状的栅格反射体、天线馈源头、天线馈源杆和射频接头。所述天线馈源头由一对辐射阵子、内导体、外导体、底板、反射腔体和馈源帽构成；底板和反射腔体围成一个腔体，在反射腔体的顶部罩有馈源帽；外导体穿过底板和反射腔体，其前端直抵反射腔体的顶缘；内导体穿设在外导体内，其顶端延伸出反射腔体的顶缘，延伸至馈源帽内；在反射腔体内，外导体外壁上垂直固定有一对轴线位于同一平面上的辐射阵子，其中，一个辐射阵子在外导体的外壁上，另一个辐射阵子穿过外导体的外壁固定在内导体的外壁上；辐射阵子轴线与栅格反射体的栅条平行安装固定。本实用新型可实现4.3GHz‑5.15GHz频段的高增益的特点。

Description

4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线

技术领域

本实用新型涉及一种栅格天线，具体地说，涉及一种4.3GHz-5.15GHz频段的高增益栅格天线。本实用新型属于天线设计和制造技术领域。

背景技术

随着通信和电子技术的快速发展,尤其是5G通信的兴起发展，为实现人与人通信的同时，实现人与物、物与物的通信，满足各行各业对物联网应用的需求，5G通信的发展对天线的需求也越来越高。如要求天线在所工作的5G频段内具有尽量高的增益以获得更远距离的通信。

现有栅格天线的工作频段大多在3GHz以下的4G通信频段内，天线增益为24dBi左右；也有少数的栅格天线工作频段为5.15-5.85GHz，但是，其带宽仅0.7GHz，天线增益为30dBi左右；还是无法满足5G通信的需要。

实用新型内容

为满足5G通信的需要，本实用新型的目的是提供一种4.3GHz-5.15GHz频段带宽0.85GHz的高增益栅格天线。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线，它包括抛物面状的栅格反射体、天线馈源头、天线馈源杆和射频接头；所述天线馈源头固定在所述天线馈源杆的顶端，所述天线馈源杆的底端固定在所述栅格反射体凹面中心点处，并与所述射频接头相连；所述射频接头固定在所述栅格反射体的背面；

所述天线馈源头由一对辐射阵子、内导体、外导体、底板、反射腔体和馈源帽构成；

所述底板和所述反射腔体围成一个腔体，在所述反射腔体的顶部罩有所述馈源帽；所述外导体穿过所述底板和所述反射腔体，其前端直抵所述反射腔体的顶缘；所述外导体为一中空的管体，所述内导体为一实心金属圆柱体，所述内导体穿设在所述外导体内，其顶端延伸出所述反射腔体的顶缘，延伸至所述馈源帽内；所述内导体和所述外导体同轴；

在所述反射腔体内，所述外导体外壁上垂直固定有所述一对辐射阵子，所述一对辐射阵子的轴线位于同一平面上，其中，一个所述辐射阵子固定在所述外导体的外壁上，另一个所述辐射阵子穿过所述外导体的外壁固定在所述内导体的外壁上；

所述一对辐射阵子轴线与所述栅格反射体的栅条平行安装固定。

优选地，所述天线馈源杆由中空的馈源杆外导体、馈源杆内导体和绝缘介质构成；所述馈源杆内导体内置在所述中空的馈源杆外导体内，所述绝缘介质填充在所述馈源杆外导体和所述馈源杆内导体之间，所述馈源杆内、外导体同轴心；所述馈源杆内导体的一端与所述天线馈源头的内导体相连，另一端固定在所述栅格反射体上，与所述射频接头的芯针相连；所述馈源杆外导体的一端与所述天线馈源头外导体相连，另一端与所述射频接头的外导体相连。

优选地，构成所述天线馈源头的所述反射腔体的内径

外径

边缘外径

深度L2＝37-43mm；构成所述天线馈源头的所述外导体的外径

内径

构成所述天线馈源头的所述内导体直径

所述内导体伸入所述馈源帽，距离所述馈源帽内顶壁S1＝4-6mm。

优选地，所述一对辐射阵子为两个金属柱体，其直径

高度H1＝4-6mm，距离所述外导体的顶缘S2＝24-30mm。

优选地，所述馈源杆外导体与所述天线馈源头的外导体尺寸相同且一体成型；所述馈源杆内导体的直径

与所述天线馈源头的内导体相连；所述馈源杆长度为315-335mm。

优选地，所述栅格反射体呈抛物面形状；所述栅格反射体的栅条宽度W2＝4-8mm，栅条间距S5＝15-20mm，栅格反射体长度L3＝970-1000mm，宽度W2＝180-220mm，高度H2＝585-615mm。

优选地，在所述天线馈源头的所述内导体的顶部外壁上套有一谐振调节螺母，该谐振调节螺母又与所述天线馈源头的所述外导体的内壁螺纹连接；所述谐振调节螺母的厚度T1＝4-6mm，距离所述天线馈源头的所述外导体的顶缘S4＝1-8mm。

优选地，在所述天线馈源头的所述外导体的外壁上，所述一对辐射阵子的两侧，对称地设有两条辐射缝隙；所述两条辐射缝隙的轴线位于同一平面，且两条所述辐射缝隙的开口方向与所述一对辐射阵子的轴线垂直；所述辐射缝隙的长度L1＝20-25mm，宽度W1＝2-2.5mm，所述辐射缝隙的端部距离所述外导体顶缘最短距离S3＝14-18mm。

优选地，所述栅格反射体由导电性能良好的金属导体制成，其表面喷漆或喷塑防锈蚀处理。

构成所述天线馈源头的所述底板由塑胶材质制成，其表面进行抗UV处理。

优选地，构成所述天线馈源头的所述一对辐射阵子、内导体、外导体、反射腔体、馈源帽、谐振调节螺母和所述馈源杆外导体、馈源杆内导体均由导电性能良好的金属导体材料制成，其表面进行导电性防锈蚀处理；构成所述天线馈源头的所述反射腔体与所述外导体、馈源帽、底板通过螺钉或螺纹连接固定，组装后外侧缝隙处涂抹防水胶。

本实用新型由呈抛物面状的栅格反射体、天线馈源头、天线馈源杆和射频接头等部件组成，通过反复优化调试馈源头及馈源杆的尺寸，可达到在4.3GHz-5.15GHz频段0.85GHz的带宽内驻波＜2。现有类似尺寸栅格反射体栅条间距约30mm，本实用新型栅格反射体栅条间距15-20mm，相较于现有类似尺寸栅格天线栅条密度要大，可以将天线辐射信号能量更佳的集中到所需要的方向，最大的减小栅格反射体后方无效的信号能量，并且通过优化调节馈源杆的长度，提高天线增益约1-2dBi以获得更远距离的通信。

附图说明

图1为本实用新型主视立体图；

图2为本实用新型后视立体图；

图3A为本实用新型天线馈源头剖视结构示意图(一)；

图3B为本实用新型天线馈源头剖视结构示意图(二)；

图3C为本实用新型天线馈源头剖视结构示意图(三)；

图4为本实用新型天线馈源杆断面剖视图；

图5A为本实用新型栅格反射体主视图；

图5B为本实用新型栅格反射体侧视图；

图6为本实用新型天线馈源头外导体辐射缝隙结构示意图；

图7为本实用新型天线驻波图；

图8为本实用天线信号辐射图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本实用新型的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本实用新型的特征显而易见。

如图1、图2所示，本实用新型公开的4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线包括抛物面状的栅格反射体1、天线馈源头2、天线馈源杆3和射频接头4；天线馈源头2固定在天线馈源杆3的顶端，天线馈源杆3的底端固定在呈抛物面状的栅格反射体1凹面中心点处；射频接头4通过安装件5固定在呈抛物面状的栅格反射体1的背面。

如图3A-图3C所示，天线馈源头2由一对辐射阵子211和212、内导体22、外导体23、底板24、反射腔体25和馈源帽26构成。

底板24和反射腔体25围成一个腔体，外导体23穿过底板24和反射腔体25，外导体23的前端直抵反射腔体25的顶缘。

外导体23为一中空的管体，内导体22为一实心金属圆柱体，内导体22穿设在外导体23内，其顶端延伸出反射腔体25的顶缘，在反射腔体25的外面还罩有一馈源帽26，内导体22的顶端延伸出反射腔体25的顶缘，延伸至馈源帽26内。

在反射腔体25内，外导体23外壁上开有安装槽位251，一对辐射阵子211和212的轴线位于同一平面上，且垂直固定在外导体23的安装槽位251内，其中，一个辐射阵子211通过螺钉或焊接方式固定在外导体23的外壁上，另一个辐射阵子212穿过外导体23的外壁直抵内导体22的外壁上，通过螺钉或焊接方式固定在内导体22的外壁上。

为使本实用新型公开的栅格天线工作在4.3GHz-5.15GHz频段且具有0.85GHz带宽，构成本天线馈源头2的反射腔体25的内径

外径

边缘外径

深度L2＝37-43mm。外导体23的外径

内径

内导体22直径

内导体22伸入馈源帽，距离馈源帽内顶壁S1＝4-6mm。所述一对辐射阵子211和212是两个金属柱体，其直径

高度H1＝4-6mm，距离外导体23的顶缘S2＝24-30mm。

如图1、图4所示，构成本实用新型的天线馈源杆3由中空的馈源杆外导体31、馈源杆内导体32和绝缘介质33构成，馈源杆内导体32内置在中空的馈源杆外导体31内，在馈源杆外导体31和馈源杆内导体32之间填充有绝缘介质33，保持馈源杆内、外导体同轴心。如图2所示，馈源杆内导体32的一端与天线馈源头2的内导体22相连，另一端固定在栅格反射体1上，与射频接头的芯针相连。馈源杆外导体31的一端与天线馈源头外导体23相连，另一端与射频接头的外导体相连。

在本实用新型的较佳实施例中，馈源杆外导体31与天线馈源头的外导体23尺寸相同且一体成型，馈源杆内导体32的直径

与天线馈源头的内导体22相连。馈源杆长度为315-335mm。

如图5A、图5B所示，构成本实用新型的栅格反射体1呈抛物面形状，由两个弧度相同的半抛物面栅格反射体11和12通过螺钉组装为一体。栅格反射体1的栅条宽度W2＝4-8mm，栅条间距S5＝15-20mm，栅格反射体长度L3＝970-1000mm，宽度W2＝180-220mm，高度H2＝585-615mm。

天线馈源头2和天线馈源杆3相连后通过螺钉固定在呈抛物面状的栅格反射体1凹面的中心处，且保持天线馈源头内的辐射阵子轴线与栅条平行。

如图3所示，本实用新型在内导体22的顶部外壁上套有一谐振调节螺母27，该谐振调节螺母27又与外导体23的内壁螺纹连接。谐振调节螺母27的厚度T1＝4-6mm，距离外导体23的顶缘S4＝1-8mm。

如图6所示，本实用新型在天线馈源头外导体23的外壁上，一对辐射阵子211、212的两侧，对称地设有两条辐射缝隙231。两条辐射缝隙231的轴线位于同一平面，且两条辐射缝隙的开口方向与一对辐射阵子的轴线垂直。该辐射缝隙的长度L1＝20-25mm，宽度W1＝2-2.5mm，辐射缝隙231的端部距离外导体23顶缘最短距离S3＝14-18mm。

本实用新型通过调节辐射阵子211、212、辐射缝隙231、谐振调节螺母27及反射腔体25、馈源杆3的尺寸和位置，优化栅格天线的驻波，反复调试使天线驻波最佳，如图7所示，本实用新型栅格天线在工作频段可满足驻波<2的要求。

本实用新型通过调节栅格反射体的栅条和栅条间距尺寸、馈源杆的长度，优化天线的增益与方向图，尽量缩小方向图的背瓣，提高辐射方向图前后比，达到更远距离通信的目的。经过反复优化调试，如图8所示，本实用新型天线增益可达29.5dBi，3dB角度约为5°，前后比约32dB。

在本实用新型较佳实施例，栅格反射体1由导电性能良好的金属导体(包括但不限于铜、铁、钢、铝等)制成，其表面喷漆或喷塑防锈蚀处理。

构成天线馈源头2的一对辐射阵子211、212、内导体22、外导体23、反射腔体25、馈源帽26、谐振调节螺母27和构成天线馈源杆的外导体31、内导体32均由导电性能良好的金属导体(包括但不限于铜、铁、钢等)材料制成，其表面进行导电性防锈蚀处理。

构成天线馈源头2的底板24由塑胶材质制成，其表面进行抗UV处理。

构成天线馈源头2的反射腔体25与馈源头外导体23、馈源帽26、底板24通过螺钉或螺纹连接固定，组装后外侧缝隙处涂抹防水胶。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线，它包括抛物面状的栅格反射体、天线馈源头、天线馈源杆和射频接头；所述天线馈源头固定在所述天线馈源杆的顶端，所述天线馈源杆的底端固定在所述栅格反射体凹面中心点处，并与所述射频接头相连；所述射频接头固定在所述栅格反射体的背面，其特征在于：

所述天线馈源头由一对辐射阵子、内导体、外导体、底板、反射腔体和馈源帽构成；

所述底板和所述反射腔体围成一个腔体，在所述反射腔体的顶部罩有所述馈源帽；所述外导体穿过所述底板和所述反射腔体，其前端直抵所述反射腔体的顶缘；所述外导体为一中空的管体，所述内导体为一实心金属圆柱体，所述内导体穿设在所述外导体内，其顶端延伸出所述反射腔体的顶缘，延伸至所述馈源帽内；所述内导体和所述外导体同轴；

在所述反射腔体内，所述外导体外壁上垂直固定有所述一对辐射阵子，所述一对辐射阵子的轴线位于同一平面上，其中，一个所述辐射阵子固定在所述外导体的外壁上，另一个所述辐射阵子穿过所述外导体的外壁固定在所述内导体的外壁上；

所述一对辐射阵子轴线与所述栅格反射体的栅条平行安装固定。

2.根据权利要求1所述的4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线，其特征在于：所述天线馈源杆由中空的馈源杆外导体、馈源杆内导体和绝缘介质构成；

所述馈源杆内导体内置在所述中空的馈源杆外导体内，所述绝缘介质填充在所述馈源杆外导体和所述馈源杆内导体之间，所述馈源杆内、外导体同轴心；

所述馈源杆内导体的一端与所述天线馈源头的内导体相连，另一端固定在所述栅格反射体上，与所述射频接头的芯针相连；

所述馈源杆外导体的一端与所述天线馈源头外导体相连，另一端与所述射频接头的外导体相连。

3.根据权利要求1或2所述的4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线，其特征在于：构成所述天线馈源头的所述反射腔体的内径28-32mm，外径31-35mm，边缘外径40-45mm，深度37-43mm；

构成所述天线馈源头的所述外导体的外径9-11mm，内径6-8mm；

构成所述天线馈源头的所述内导体直径2-3mm，所述内导体伸入所述馈源帽，距离所述馈源帽内顶壁4-6mm。

4.根据权利要求3所述的4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线，其特征在于：所述一对辐射阵子为两个金属柱体，其直径4.5-6.5mm，高度4-6mm，距离所述外导体的顶缘24-30mm。

5.根据权利要求4所述的4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线，其特征在于：所述馈源杆外导体与所述天线馈源头的外导体尺寸相同且一体成型；

所述馈源杆内导体的直径2-4mm，与所述天线馈源头的内导体相连；

所述馈源杆长度为315-335mm。

6.根据权利要求5所述的4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线，其特征在于：所述栅格反射体呈抛物面形状；所述栅格反射体的栅条宽度4-8mm，栅条间距15-20mm，栅格反射体长度970-1000mm，宽度180-220mm，高度585-615mm。

7.根据权利要求6所述的4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线，其特征在于：在所述天线馈源头的所述内导体的顶部外壁上套有一谐振调节螺母，该谐振调节螺母又与所述天线馈源头的所述外导体的内壁螺纹连接；

所述谐振调节螺母的厚度4-6mm，距离所述天线馈源头的所述外导体的顶缘1-8mm。

8.根据权利要求7所述的4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线，其特征在于：在所述天线馈源头的所述外导体的外壁上，所述一对辐射阵子的两侧，对称地设有两条辐射缝隙；所述两条辐射缝隙的轴线位于同一平面，且两条所述辐射缝隙的开口方向与所述一对辐射阵子的轴线垂直；

所述辐射缝隙的长度20-25mm，宽度2-2.5mm，所述辐射缝隙的端部距离所述外导体顶缘最短距离14-18mm。

9.根据权利要求8所述的4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线，其特征在于：所述栅格反射体由导电性能良好的金属导体制成，其表面喷漆或喷塑防锈蚀处理。

构成所述天线馈源头的所述底板由塑胶材质制成，其表面进行抗UV处理。

10.根据权利要求9所述的4.3GHz-5.15GHz频段高增益栅格天线，其特征在于：构成所述天线馈源头的所述一对辐射阵子、内导体、外导体、反射腔体、馈源帽、谐振调节螺母和所述馈源杆外导体、馈源杆内导体均由导电性能良好的金属导体材料制成，其表面进行导电性防锈蚀处理；

构成所述天线馈源头的所述反射腔体与所述外导体、馈源帽、底板通过螺钉或螺纹连接固定，组装后外侧缝隙处涂抹防水胶。

Images