天线的制作方法

1.本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种天线。


背景技术：

2.现有的天线根据功能和作用分为不同的种类，比如全向天线、定向天线、阵列天线等，全向天线为室内无线终端通信产品天线的常用形式，可以实现水平面全方位信号覆盖。然而目前通信产品上使用的全向天线辐射方向图为一固定形式，其天线波束倾角和波束宽度等无法调节，因此其应用场景有限，无法兼顾复杂的室内通信环境。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种天线，以解决现有技术中的天线应用范围小的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种天线，包括：基板，基板上设有内导体焊盘和外导体焊盘；第一辐射结构，第一辐射结构与内导体焊盘连接；第二辐射结构，第二辐射结构与外导体焊盘连接；控制部件，控制部件设置在基板上且分别与第一辐射结构和第二辐射结构控制连接，以通过控制第一辐射结构和第二辐射结构通断连接改变辐射波束倾角和/或辐射波束宽度。
4.进一步地，控制部件包括第一引向器和控制开关，其中，第一引向器包括第一部分和第二部分，第一部分用于与外导体焊盘连接，第二部分用于与内导体焊盘连接，控制开关设置在第一部分和第二部分之间，以通过控制第一部分和第二部分通断改变天线的波束倾角。
5.进一步地，基板上设有第一过孔和第二过孔，第一辐射结构和第二辐射结构间隔地设置在基板的同一侧，天线还包括：导电连接结构，导电连接结构设置在与第一辐射结构相对一侧的基板上，其中，导电连接结构的一端穿过第一过孔与第一部分连接，导电连接结构的另一端穿过第二过孔与外导体焊盘连接。
6.进一步地，控制部件还包括：第二引向器，第二引向器设置在第二辐射结构远离第一辐射结构一侧的基板上且与第二辐射结构不连接。
7.进一步地，第二引向器相对第二辐射结构可移动地设置和/或第二引向器尺寸可调节地设置。
8.进一步地，控制部件还包括：贴片元件，贴片元件设置在第一引向器和第一辐射结构之间，以使第一引向器通过贴片元件与第一辐射结构连接。
9.进一步地，控制部件包括pin二极管、mems开关和变容二极管中的至少一种。
10.进一步地，天线为双频多元偶极子阵列天线。
11.进一步地，基板的中间设有同轴馈电点，第一辐射结构和第二辐射结构相对同轴馈电点对称分布，其中，第一辐射结构和/或第二辐射结构通过平行双线传输线与同轴馈电点连接。
12.进一步地，第一辐射结构和第二辐射结构中的一个为2.4g辐射枝节，第一辐射结
构和第二辐射结构中的另一个为5g辐射枝节，第一辐射结构和第二辐射结构通过平行双线传输线连接，其中，控制部件还包括：控制开关，控制开关设置在平行双线传输线上，以通过控制第一辐射结构和第二辐射结构通断切换波束宽度。
13.应用本发明的技术方案的天线包括基板、第一辐射结构、第二辐射结构和控制部件，基板上设有内导体焊盘和外导体焊盘；第一辐射结构与外导体焊盘连接；第二辐射结构与内导体焊盘连接；控制部件设置在第一辐射结构和第二辐射结构之间，以控制第一辐射结构和第二辐射结构通断连接，控制部件并分别与第一辐射结构和第二辐射结构直接连接，无需单独设置控制线路，通过该控制线路控制第一辐射结构和第二辐射结构的连接和断开状态，实现了能够改变波束倾角和波束宽度的功能，大大增加了天线的应用范围。
附图说明
14.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
15.图1示出了根据本发明的天线的实施例1的正面结构示意图；
16.图2示出了根据本发明的天线的实施例1的反面结构示意图；
17.图3示出了本发明的天线的实施例1的局部结构示意图；
18.图4示出了本发明的天线的实施例1中控制部件通断时的波束效果示意图；
19.图5示出了本发明的天线的实施例1中控制部件通断时theta为90度的波束方向图；
20.图6示出了本发明的天线的实施例1中控制部件通断时theta为60度的波束方向图；
21.图7示出了根据本发明的天线的实施例2的正面结构示意图；
22.图8示出了根据本发明的天线的实施例2的反面结构示意图；
23.图9示出了图7中a处局部结构示意图；
24.图10示出了图8中b处局部结构示意图；
25.图11示出了根据本发明的天线的实施例2在2g wifi通信频段的水平面方向图；
26.图12示出了根据本发明的天线的实施例2在5g wifi通信频段的水平面方向图；
27.图13示出了根据本发明的天线的实施例2在2g wifi通信频段的俯仰面方向图；
28.图14示出了根据本发明的天线的实施例2在5g wifi通信频段的俯仰面方向图。
29.其中，上述附图包括以下附图标记：
30.10、基板；11、内导体焊盘；12、外导体焊盘；13、同轴馈电点；14、第一过孔；15、第二过孔；21、第一辐射结构；22、第二辐射结构；31、第一引向器；311、第一部分；312、第二部分；32、控制开关；33、第二引向器；34、贴片元件；40、导电连接结构；50、平行双线传输线。
具体实施方式
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
32.为了解决现有技术中的天线应用范围小的问题，本发明提供了一种天线。
33.实施例1
34.请参考图1至图6，本发明的天线包括基板10、第一辐射结构21、第二辐射结构22和控制部件，基板10上设有内导体焊盘11和外导体焊盘12；第一辐射结构21与内导体焊盘11连接；第二辐射结构22与外导体焊盘12连接；控制部件设置在基板10且分别与第一辐射结构21和第二辐射结构22控制连接，以通过控制第一辐射结构21和第二辐射结构22通断连接改变辐射波束倾角和辐射波束宽度，控制部件分别与第一辐射结构21和第二辐射结构22直接连接，无需单独设置控制线路，通过该控制线路控制第一辐射结构21和第二辐射结构22的连接和断开状态，实现了能够改变波束倾角的功能，大大增加了天线的应用范围。
35.具体的，本发明的上述天线采用全向智能天线，通过控制部件可以实现天线方向图波束水平/上倾辐射切换，且天线仍能够实现方位面上的全向辐射，适用于家用无线终端通信产品，工作在2～7ghz频段均可，俯仰面波束倾角可调。
36.控制部件包括第一引向器31和控制开关32，第一引向器31用于控制传播方向和增强信号，如图1至图3所示，第一引向器31包括上下分布的第一部分311和第二部分312，第一部分311用于与外导体焊盘12连接，第二部分312用于与内导体焊盘11连接，控制开关32设置在第一部分311和第二部分312之间，以通过控制第一部分311和第二部分312通断改变天线的波束倾角，其中，第一部分311和第二部分312均为一个槽型结构，第一部分311和第二部分312对称分布形成一个矩形框结构，控制开关32包括两个二极管，分别设置在矩形框的两条侧边上。
37.如图1和图2中，基板10上设有第一过孔14和第二过孔15，第一过孔14和第二过孔15均位于基板10的中心线上，第一辐射结构21和第二辐射结构22间隔地设置在基板10的同一侧，其中，第一辐射结构21为上辐射臂，第二辐射结构22为下辐射臂，第一辐射结构21为板型结构，第二辐射结构22为槽型框结构。天线还包括导电连接结构40，导电连接结构40采用导线，导电连接结构40设置在与第一辐射结构21相对一侧的基板10上，即，如果基板10具有第一辐射结构21的一面为正面，导电连接结构40则位于其反面，其中，导电连接结构40的一端穿过第一过孔14与第一部分311连接，导电连接结构40的另一端穿过第二过孔15与外导体焊盘12连接，导电连接结构40包括设置在第一过孔14内的第一导体结构和设置在第二过孔15内的第二导体结构。
38.控制部件还包括第二引向器33，第二引向器33设置在第二辐射结构22远离第一辐射结构21一侧的基板10上且与第二辐射结构22不连接。
39.第二引向器33包括两部分，均为条形形状，左右对称的设置在基板10上，其中，第二引向器33相对第二辐射结构22可移动地设置，以改变第二引向器33与第二辐射结构22之间的距离，或者第二引向器33尺寸可调节地设置，比如，第二引向器33在图1中沿竖直方向的长度能够进行调节。
40.控制部件还包括贴片元件34，贴片元件34设置在第一引向器31和第一辐射结构21之间，以使第一引向器31通过贴片元件34与第一辐射结构21连接，控制部件包括pin二极管、mems开关和变容二极管中的至少一种。
41.本发明的天线主要包括三部分：辐射部分、控制部分、连接部分，在控制部件加载开关器件，开关器件可以采用pin二极管、变容二极管或mems开关，通过改变开关的通断状态使得控制部件处于不同的工作状态，进而达到改变天线方向图波束的目的。根据开关器件的不同天线可以实现不同数量的波束切换，pin二极管、mems开关可以实现2种方向图切
换，变容二极管可实现多个方向图的切换。根据控制部件尺寸的不同，可以实现多种角度倾角可调节。
42.天线结构如图1所示，以fr4作为介质基板10，也可以使用其他板材,，天线印制在pcb板的正反面上，馈电点在pcb中间部分，使用同轴线馈电。第一辐射结构21和第二辐射结构22组成偶极子天线，分别连接同轴线的内导体与外导体，上方辐射臂连接同轴线内导体，下方辐射臂连接同轴线外导体。如图1所示，控制部件为处于辐射部分上下两侧的引向器，上侧引向器焊接有控制开关32及贴片元件34，贴片元件34与第一引向器31末端相连，整体结构类似u型，第一过孔14为金属化过孔用于与导电连接结构40相连。导电连接结构40为处于pcb背面的连接线，包括贴片元件34和金属化过孔用于与正面同轴线外导体焊盘12相连。
43.控制部件用于改变天线波束倾角，改变下侧第二引向器33长度及与辐射部分，间距离可以改变天线波束倾角，第一辐射结构21和第二辐射结构22共同组成本发明的辐射部分，引向器形式不限于矩形，也可为u型、v型等，下侧引向器也可与上侧引向器类似的添加开关器件，实现波束上倾、水平、下倾多种状态可调。上侧引向器长度及开关器件所在位置也可上下移动，开关器件的选择决定了波束方向图可变数量，使用pin二极管、mems开关可以实现2种方向图切换，变容二极管可实现多个方向图切换。上下侧引向器共同控制天线波束倾角，实现波束倾角可调节。导电连接结构40用于连接控制部件与同轴线外导体构成直流回路，贴片电阻可放置在该直流回路中任意一处用于限流保护开关。导电连接结构40在保证直流导通的前提下，可使用大电感或电阻隔离交流信号，也可以使用弯折走线的形式节约成本。通过合理设置引向器尺寸、形式及控制开关32类型，并连接同轴线内外导体与控制开关32构成回路，实现天线俯仰面波束倾角可变，均应为本发明的延申。
44.天线各部分的功能是：
45.辐射部分：将同轴线传输的高频交流信号辐射到自由空间中，辐射方向图为水平全向。
46.控制部件：通过上侧引向器上的控制开关32及下侧引向器改变天线辐射方向图。贴片元件34用于连通辐射部分与引向器，同时隔离射频信号。控制开关32用于控制上侧引向器的工作状态。当开关断开时，上侧引向器无效果，天线为水平全向辐射；当开关导通时，上侧引向器引导天线向上方辐射，天线为上倾全向辐射。下侧引向器用于保证天线在控制开关32断开时天线波束为水平辐射。
47.导电连接结构40：将控制部件与同轴线外导体焊盘12相连接，使得同轴线内导体、上方辐射臂、上方引向器、导电连接结构40和同轴线外导体顺次连接构成直流回路，开关得以正常工作，导电连接结构40焊接有限流电阻用于控制直流回路上的电流，防止控制开关32损坏，贴片电感用于隔离射频信号同时保证直流信号连通，金属化过孔用于连接同轴线外导体焊盘12。
48.实现原理：直流控制信号通过同轴线内导体直接传输到天线上，无需额外控制导线，结构简单且成本低，当同轴线内导体与外导体电压为0时，控制开关32断开，此时控制部件无效果天线为水平全向辐射；但同轴线内导体与外导体存在直流偏压时，开关导通，此时控制部件将电磁波向上方引导，天线为上倾全向辐射。通过同轴线内导体输入直流控制电压，可以实现天线波束倾角改变。
49.如图4至6所示，控制开关32断开时天线波束为水平辐射；控制开关32导通时天线
为上倾辐射，上倾角度约为30度。从图5和图6可以看出，两种状态下天线均为全向辐射。在theta为90度对应水平面开关断开状态下天线增益更高，此时对应水平辐射状态；在theta为60度对应水平面开关导通状态下天线增益更高.此时对应上倾辐射状态。
50.综上，天线可以实现波束倾角的改变，针对不同的使用场景改变天线性能来获得最好的通信效果，使得天线具有更好的场景兼容性。
51.本发明的上述天线的方向图可变，可以实现波束倾角的变化，且全向辐射性良好，不同状态下都能实现方位面的全向辐射。
52.本发明的天线控制简单，在不影响天线方向图的前提下将天线辐射结构与方向图控制电路合并，无需额外导线控制方向图改变。
53.本发明的天线在控制部件上添加电路，对辐射结构无影响使得天线效率较高。
54.本发明的天线体积小，整个天线系统尺寸11mm*50mm*0.8mm，尺寸小，适用于小型化的终端通信产品。
55.本发明的天线通过将射频控制器件加载到天线耦合结构进而控制天线辐射方向图的实现本发明的天线通过同轴线内导体加载直流电平，作为控制开关32控制信号的控制方式。
56.本发明提出的波束可调节全向智能天线，可以实现天线俯仰面方向图波束可调节，且天线仍能够实现方位面上的全向辐射，波束控制通过同轴馈电线输入直流信号实现，无需额外使用控制导线，天线结构简单成本低，适用于家用无线终端通信产品。
57.实施例2
58.请参考图7至图14，本发明的天线包括基板10、第一辐射结构21、第二辐射结构22和控制部件，基板10上设有内导体焊盘11和外导体焊盘12；第一辐射结构21与外导体焊盘12连接；第二辐射结构22与内导体焊盘11连接；控制部件设置在第一辐射结构21和第二辐射结构22之间，以控制第一辐射结构21和第二辐射结构22通断连接，控制部件并分别与第一辐射结构21和第二辐射结构22直接连接，无需单独设置控制线路，通过该控制线路控制第一辐射结构21和第二辐射结构22的连接和断开状态，实现了能够改变波束宽度的功能，大大增加了天线的应用范围。
59.本实施例的上述天线基础结构为双频n元偶极子阵列天线，天线可以为单元也可为单频或多频，偶极子天线边射方向组阵保证全向辐射，通过控制部件来控制馈电网络的通断，使得天线可以工作在高增益以及低增益状态。
60.以n＝2为例，天线结构如上图所示，以ptfe作为介质基板10，天线印制在pcb板的正反面上，天线馈电点在pcb中间为正面背面两个圆形焊盘，基板10的中间设有同轴馈电点13，第一辐射结构21和第二辐射结构22相对同轴馈电点13对称分布，其中，第一辐射结构21和/或第二辐射结构22通过平行双线传输线50与同轴馈电点13连接。
61.使用同轴线馈电，同轴线外导体焊接在pcb背面焊盘，内导体通过pcb通孔与正面焊盘焊接。天线是一个并联二元偶极子阵列，天线单元之间通过平行双线连接。天线结构包括2.4g辐射枝节、5g辐射枝节、直流控制电路、同轴馈电点13、平行双线传输线50。所述辐射枝节关于同轴馈电点13上下对称分布。所述直流控制电路包括射频控制器件、、贴片元件34、金属化过孔。
62.第一辐射结构21和第二辐射结构22中的一个为2.4g辐射枝节，第一辐射结构21和
第二辐射结构22中的另一个为5g辐射枝节，第一辐射结构21和第二辐射结构22通过平行双线传输线50连接，其中，控制部件还包括控制开关32，控制开关32设置在平行双线传输线50上，以通过控制第一辐射结构21和第二辐射结构22通断切换波束宽度，即宽波束和窄波束。
63.通过将n元双频偶极子单元组阵，并将控制部件的射频控制器件直接加载于天线传输结构上，使用金属化过孔连通pcb正反两面并设置保护电路使得射频控制器件正常工作，通过同轴线内导体及外导体输入直流控制信号进而控制射频控制器件的不同工作状态，实现对天线辐射方向图的改变。
64.如图7所示，实现原理：将pin管直接加载到天线传输线上作为控制器件，同时合理设置直流电路使得pin管可以正常工作。直流控制信号通过同轴线内导体直接传输到天线上，无需额外控制导线，结构简单且成本低。当同轴线内导体与外导体电压为0时，直流控制电路中的pin管断开，此时上端辐射枝节断开，只有下端枝节辐射，天线波束为宽波束；当同轴线内导体与外导体间存在直流偏压时，直流控制电路中的pin管导通，此时上端辐射枝节导通辐射，天线辐射孔径变大，天线波束变为窄波束。通过同轴线内导体输入直流控制电压，可以简单方便的实现天线波束快速切换。
65.天线辐射方向图如图11至13所示，从两俯仰面方向图可以看出，pin管断开时天线只有下端枝节辐射，此时辐射波束为宽波束；控制开关32导通时天线上下端枝节全部辐射，此时辐射波束为窄波束，天线在2g/5g两个wifi通信频段方向图波束变化明显，说明将射频控制器件直接加载到天线传输线上作为控制器件的设计可行。从两水平面方向图可以看出，pin管导通、断开两种状态下天线水平面均为全向辐射，水平面无明显凹点，全向性好，适用于室内无线通信。
66.综上，天线可以实现波束宽度的改变，针对不同的使用场景改变天线性能来获得最好的通信效果，使得天线具有更好的场景兼容性。
67.本实施例中n元双频偶极子天线阵列设计以及其可重构实现方式：将射频控制电路直接加载到天线传输结构上，通过同轴馈电线控制，实现了对波束宽度的切换。
68.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
69.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
70.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示
和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
71.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
72.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
73.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。