CN102723613B - 多天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多天线系统，该多天线系统包括：用于反射所述多天线组件使用的无线电波的反射介质表面；设置所述反射介质表面上至少两天线单元，所述至少两天线单元相互之间等角度设置于所述反射介质表面上。所述多天线系统包括一个公共的反射面及设置所述公共的反射面若干天线单元。使得所述多天线系统基于所应用的无线数据收发控制方式实现空间复用、空间分集、波束赋形等类型高数传输率性能。从而提供一种基于IEEE 802.11n\e等协议的无线高速移动互联网设备、系统及子系统天线组件。

Description

多天线系统

技术领域

本发明涉及无线通讯设备领域，更具体地说，涉及一种多天线系统及其应用，如应用包括无线移动互联通讯系统中的WIFI吸顶天线、无线接入设备、MIMO通讯设备及无线路由设备等。

背景技术

无线通讯系统中，用户对无线通讯系统数据吞吐量持续提高、高要求的QoS服务质量及抗干扰能力强的要求。如，在IEEE802.11a/g/n等通讯系统中，无线接入点（AP）通过无线链路来与一个或者更多无线用户设备之间相互传输数据。该无线用户设备可能容易受到其它接入点、其他无线通讯装置、在该接入点与该远程接收点间的无线链路环境内的变化或干扰等。该干扰可能使得无线链路的传输数据能力大大降低、或者误码率极大提高及QoS服务质量较差而导致用户无法忍受。

无线电子设备例如便携式计算机和手持电子设备越来越流行。诸如这些的设备通常具有无线通信能力。例如，一些电子设备可以使用长距离无线通信电路例如蜂窝电话电路，以利用850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz的蜂窝电话频带(例如，主要的全球移动通信系统或GSM蜂窝电话的频带)通信。也可以使用长距离无线通信电路处理2100MHZ频带和其它频带。电子设备可以使用短距离无线通信链路来处理与附近设备的通信。例如，无线通讯电子设备可以使用2.4GHz和5GHz的Wi-Fi(IEEE 802.11)频带(有时叫做无线局域网频带)和2.4GHz的Bluetooth(蓝牙)频带进行通信。

特别现在基于IEEE 802.11n\e等协议的无线移动互联网高速发展，无线移动互联网设备、系统及子系统对天线器件提出更高的技术参数（增益值、驻波及多天线隔离度等参数）要求，天线也成为制约线移动互联网设备、系统及子系统一个重要技术瓶颈。因此需要提供用于无线电子设备的改进的天线、天线系统及及其应用，例如，其应用包括无线接入设备、MIMO通讯设备及无线路由设备等应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提高天线系统的技术参数（增益值、驻波及多天线隔离度等参数）要求；以及其应用，如无线接入设备、MIMO通讯设备及无线路由设备整体性能（数据上行、下行速率及吞吐量等）。因此，本发明提供一种能够应用于MIMO通讯装置或室内吸顶MIMO通讯装置中的多天线系统。

一种多天线系统包括：

用于反射所述多天线组件使用的无线电波的反射介质表面；

设置所述反射介质表面上至少两天线单元，所述至少两天线单元相互之间等角度设置于所述反射介质表面上。

进一步地，所述反射介质表面由金属材料制得、或者采用金属网状结构、或者在金属表面开设有孔制得。

进一步地，所述反射介质表面由单面或双面覆铜箔介质基板制得。

进一步地，所述介质基板在1GHz频率下工作，具有≤0.0002的电损耗正切量。

进一步地，所述至少两天线单元采用双环天线单元，所述双环天线单元包括一对支撑柱、第一圆环及第二圆环，所述第一圆环与第二圆环设置于同一水平面且相切地熔接形成“∞”状，在所述第一圆环与第二圆环相切地熔接处开设一开口，分布所述开口两端的形成一馈电端和一接地部。

进一步地，所述第一圆环、第二圆环从开口处的馈电端到接地部圆环的长度之和与谐振电磁波频率波长相等。

进一步地，所述支撑柱分别焊接于所述“∞”状的两端。

进一步地，所述天线系统还设置有至少一隔离器，所述至少一隔离器用于将所述多天线系统中的每一天线单元分别所使用的无线电波相互隔离。

进一步地，所述第一圆环及第二圆环的大小相同且为圆形状。

进一步地，所述第一圆环为圆形状，第二圆环为椭圆形状。

进一步地，所述第一圆环及第二圆环均为椭圆形状。

相比较现有MIMO通讯系统采用的多天线系统，所述多天线系统包括一个公共的反射面及设置所述公共的反射面若干天线单元。使得所述多天线系统基于所应用的无线数据收发控制方式实现空间复用、空间分集、波束赋形等类型高数传输率性能。从而提供一种基于IEEE 802.11n\e等协议的无线高速移动互联网设备、系统及子系统天线组件。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明无线移动互联设备应用多天线系统的示意图；

图2为图1所示多天线系统一实施方式的模型图；

图3为图2所示多天线系统设置有多个隔离器的模型图；

图4为图2或图3所示多天线系统中一双环天线单元的立体图。

具体实施方式

现在详细参考附图中描述的实施例。为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在其他实施方式中，不详细描述公知的方法。过程、组件和电路，以免不必要地使实施例模糊。

为了满足用户对产品的形状因数的无线设备的需求，设计业者在提供增强的功能性的同时，不断地致力于减小在这些设备中使用的部件的尺寸及装饰性工业设计外形。尤其在提供装饰性的工业设计外形产品，在紧凑的无线设备内满足所需的天线性能标准是一种挑战。

进一步，无线移动互联设备的天线内置化成为一种市场趋势，也是给设备集成设计业者在机构设计、工业设计及天线设计各个方面带来挑战。作为例子，无线设备例如室内WiFi吸顶天线、无线路由设备和无线接入点（AP）等设备的壳体内布置适合天线，天线内置布局设计也影响着设备内机构组件、PCB板等布局和整个设备工业设计选型设计。现有市场这些无线移动互联设备大多采用外置型天线，在现在消费者更加挑剔情况，尤其工业设计很大影响着消费者购买决定，因此内置化天线设计成为市场内在驱动力，因此在考虑上述无线移动互联设备是一个着重考虑的因素。

无线移动互联设备天线内置化显得格外具有意义，在本说明中作为例子被描述，无线移动互联设备的内部空间是宝贵且相当紧凑的。本发明结合工业设计、机构设计及天线设计各个方面智慧，详细说明一些紧凑的壳体内部布局有利于内置天线发挥其最佳性能，以满足基于IEEE 802.11n/e等无线通讯协议的无线移动互联网高速互联通讯的要求。

请参阅图1，为本发明无线移动互联设备的透视示意图。无线移动互联设备包括一壳体103和设置于壳体103内的射频电路11、基带信号处理单元12、控制单元13、存取器14、电源电路15及多天线系统（包括多个天线单元30）。无线移动互联设备的壳体103内部空间包括上下设置的第一内部空间100和第二内部空间101，本实施方式以反射介质表面10为分界面。所述射频电路11、基带信号处理单元12、控制单元13、存取器14及电源电路15整合在一PCB板上且设置所述壳体103的第二内部空间101内，所述多天线系统2设置于所述壳体103的第一内部空间100，并且分别通过同轴线105连接至射频电路11。这样将电路部分（包括射频电路11、基带信号处理单元12、控制单元13、存取器14及电源电路15）和多天线系统通过相互一定空间距离的设置，以防止多天线系统被电路部分电磁干扰，使得多天线系统内置化与外置天线达到同样性能效果。

无线移动互联设备包括射频电路11、基带信号处理单元12、控制单元13、存取器14及电源电路15。存取器14可以包括一种或多种不同类型的存储设备，诸如硬盘驱动存储设备、非易失存储器(例如，闪存或其它电可编程只读存储器)、易失存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)等。在基带信号处理单元12可用于无线移动互联设备的操作。基带信号处理单元12可以基于诸如微处理器和其它适合的集成电路。采用一种适合的布置，存取器14储存的软件可被用于无线移动互联设备上的软件，诸如GPRS协议等，用于控制射频功率放大器和其它射频收发器电路的控制功能等。

射频电路11可以包括由一个或多个集成电路形成的射频(RF)收发器电路、功率放大器电路、低噪声输入放大器、无源RF组件、一个或多个天线以及用于处理RF无线信号的其它电路。还可以使用光发送无线信号(例如，使用红外线通信)。

在其他实施方式中，所述射频电路11还可包括处理用于WiFi(IEEE 802.11)通信的2.4GHz和5GHz频带以及2.4GHz蓝牙通信频带的收发器电路。射频电路11还可以包括蜂窝电话收发射频电路，用于处理蜂窝电话频带的无线通信，例如850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz的GSM频带以及2100MHz的数据频带(作为例子)。如果需要，所述射频电路11可以包括用于其它短距离和长距离无线链路的电路。例如射频电路11可以包括全球定位系统(GPS)接收机设备、用于接收射频和电视信号的无线电路、呼叫电路等。在WiFi以及蓝牙链路和其它短距离无线链路中，一般使用无线信号在几十或几百英尺的范围内传送数据。在蜂窝电话链路或其它长距离链路中，一般使用无线信号在几千英尺或数英里的范围内传送数据。

请参阅图2，是本发明所述的多天线系统一实施方式的模型图；所述多天线系统包括一反射介质表面10、固定于所述反射介质表面10上至少两天线单元30，所述至少两天线单元30相互之间等角度设置于所述反射介质表面10上。在本实施方式中，所述至少两天线单元30采用双环天线单元且数量为三个，所述三个双环天线单元相互之间呈120度设置于所述一反射介质表面10。

所述反射介质表面10用于反射所述多天线系统使用的无线电波。其中使用的无线电波是指包括所述多线组件的每一天线单元产生的电磁波或者在每一天线单元接收的电磁波。

在一些实施例中，所述反射介质表面10设置铺设于平板基材的表面上，即所述反射介质表面10呈平面状且采用铜或其它导电材料制成。其他实施方式中，所述反射介质表面10可以一个非平面的表面。可以理解地是，反射介质表面10可以具有不连续的点，如反射介质表面10加工成网状结构或者开设有孔等方式实现反射电波功能的介质表面，其中网状结构或者孔的尺寸大小小于所述多天线系统使用的无线电波波长的十分之一。在本实施例中，反射介质表面10由金属材料制成，即导电金属材料制得的基材表面成为所述反射介质表面10。

在其他实施方式中，所述反射介质表面10可以选择单面或双面覆铜箔介质基板加工形成，所述单面或双面覆铜箔介质基板在1GHz频率下工作，具有≤4.0的标称介电常数和≤0.0002的电损耗正切量。所述介质基板包括玻纤布、环氧树脂及包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。所述介质基板第一类实施方式如下：

所述介质基板制作工艺如下：首先，提供一浸润溶液包括：第一组份，包含有环氧树脂；第二组份，包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物；及一种或者多种溶剂。其中第一组份和第二组份按照一定比例配置混合。

所述浸润溶液经过搅拌后、将所述一玻纤布浸润所述浸润溶液中使第一组份与第二组份吸附在玻纤布中或者表面上；然后烘拷所述玻纤布使所述一种或者多种溶剂挥发，并使第一组份与第二组份相互化合交联形成半固化片或者固化片。半固化片是指将吸附第一组份与第二组份的玻纤布在烘拷温度相对较低环境中，第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物部分发生化合交联反应的软性混合物。固化物是指将吸附第一组份与第二组份的玻纤布在烘拷温度相对较高环境中，第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物部分发生化合交联反应的相对较硬的混合物。

在本实施方式中，所述浸润过的玻纤布通过低温烘烤形成半固化物（呈片状），然后所述半固化物剪裁成剪裁片，根据厚度需要将所述多片剪裁片叠合并进行热压成本实施所述的多层介质基板（即多层层压板或片）。

在具体的实施例中，所述第二组份的化合物可选用包含由极性高分子与非极性高分子化合的共聚物，如苯乙烯马来酸酐共聚物。可以理解的是，可以与环氧树脂发生化合交联反应的共聚物均可用于本实施方式的配方成份。其中本实施方式的苯乙烯马来酸酐共聚物，其分子式如下：

在上述苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含4个苯乙烯。在其他实施方式中，可以选择相应分子量，如苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含6、8个苯乙烯或者任意个数。环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。

在其他的实施例中，所述第二组份的化合物还可以选用氰酸酯预聚体或者选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例混合的混合物。

在具体的实施例中，所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物按照官能值的比例进行配制，然后加入一定量的溶剂配成溶液。所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物混合工艺采用常规设备进行加工，如普通搅拌桶以及反应釜使环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合，从而使所述溶液中的环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合。

在具体的实施例中，通过加入一定的促进剂促使上述浸润溶液200-400秒时间内胶化(选用胶化环境温度171℃)，其中促进上述浸润溶液胶化时间260秒左右（如258-260秒、或250-270秒等）效果较好。所述促进剂可选用包括但不限于叔胺类，咪唑类以及三氟化硼单乙胺中的任意一类或他们之间混合物。

所述一种或者多种溶剂可以选用包括但不限于丙酮、丁酮、N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇甲醚、甲苯中任意一种或上述两种以上溶剂之间混合形成的混合溶剂。

请参阅图3，多天线系统设置有多个隔离器的模型图。在本实施方式中，所述天线系统还设置有至少一隔离器111，所述至少一隔离器111用于将所述多天线系统中的每一天线单元30分别所使用的无线电波相互隔离。即，当天线发射电磁波时，所述隔离器111同时还用作每一个天线单元30的反射器。可以理解的是，所述隔离器111可以为多个，且由铜、铝或其他导电材料制成。在本发明中，所述隔离器111的随着需要设计各式各样。在本实施例中，所述隔离器111包括三个相互张开120度角的臂，以将所述反射介质表10上部立体空间划分成三等份立体空间。

请参阅图4，为多天线系统中一双环天线单元的立体图。在本实施方式中，所述天线单元30包括一对支撑柱33、第一圆环31及第二圆环32。所述第一圆环31与第二圆环32设置于同一水平面且相切地熔接形成“∞”状。在所述第一圆环31与第二圆环32相切地熔接处开设一开口330，分布所述开口330两端的形成一馈电端310和一接地部320。所述支撑柱33分别焊接于所述“∞”状的两端。所述第一圆环31、第二圆环32从开口330处的馈电端310到接地部320圆环的长度之和与谐振电磁波频率波长相等。

在本实施方式中，所述第一圆环31及第二圆环32的大小相同且为圆形状。在其他实施方式中，所述第一圆环31及第二圆环32的大小不相同；或者是所述第一圆环31为圆形状，第二圆环32为椭圆形状；或者是所述第一圆环31及第二圆环32均为椭圆形状。

所述多天线系统包括一个公共的反射面及设置所述公共的反射面若干天线单元，然后将若干天线单元相互进行隔离。使得所述多天线系统基于所应用的无线数据收发控制方式实现空间复用、空间分集、波束赋形等类型高数传输率性能。从而提供一种基于IEEE 802.11n\e等协议的无线高速移动互联网设备、系统及子系统天线组件。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种多天线系统，其特征在于，包括：

用于反射所述多天线系统使用的无线电波的反射介质表面；

设置所述反射介质表面上至少两天线单元，所述至少两天线单元相互之间等角度设置于所述反射介质表面上；所述至少两天线单元采用双环天线单元，所述双环天线单元包括一对支撑柱、第一圆环及第二圆环，所述第一圆环与第二圆环设置于同一水平面且相切地熔接形成“∞”状，所述一对支撑住分别焊接于所述“∞”状的两端，在所述第一圆环与第二圆环相切地熔接处开设一开口，分布所述开口两端的形成一馈电端和一接地部；所述第一圆环、第二圆环从开口处的馈电端到接地部圆环的长度之和与谐振电磁波频率波长相等。

2.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，所述反射介质表面由金属材料制得、或者采用金属网状结构、或者在金属表面开设有孔制得。

3.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，所述反射介质表面由单面或双面覆铜箔介质基板制得。

4.根据权利要求3所述的多天线系统，其特征在于，所述介质基板在1GHz频率下工作，具有≤0.0002的电损耗正切量。

5.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，所述天线系统还设置有至少一隔离器，所述至少一隔离器用于将所述多天线系统中的每一天线单元分别所使用的无线电波相互隔离。

6.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，所述第一圆环及第二圆环的大小相同且为椭圆形状。

7.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，所述第一圆环及第二圆环的大小相同且为圆形状。

8.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，所述第一圆环为圆形状，第二圆环为椭圆形状。