CN103036035B - 室外天线装置 - Google Patents
室外天线装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103036035B CN103036035B CN201110196879.8A CN201110196879A CN103036035B CN 103036035 B CN103036035 B CN 103036035B CN 201110196879 A CN201110196879 A CN 201110196879A CN 103036035 B CN103036035 B CN 103036035B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- outdoor
- unit
- antenna device
- antenna
- metamaterial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
一种室外天线装置包括一室外单元和与所述室外单元一体设置的天线单元：所述室外单元包括一电路板，所述电路板上设置有一射频片上系统；所述天线单元包括至少一个辐射振子以接收所述射频片上系统产生的电信号并转变为电磁波信号；一超材料单元，用于将所述电磁波信号折射汇聚。由于天线单元基于超材料单元能是天线辐射能量集中，因此在达到相同指标天线单元，其体积可以大大减少，而采用片上系统(SOC)技术也减少室外单元的体积，因此将两者设置于一体时。大大减少了室外天线装置的体积和重量，使得一体化的天线设备体积小型化，且测试将使其应用更加高效。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线装置，尤其涉及一种一体化的室外天线装置。
背景技术
目前国内的微波天线的室外单元(Outdoor unit，ODU)与微波射频天线基本上采用分离设备，安装和维护费用高，并且设备与天线间的连接电缆带来的损耗将使系统性能恶化。此外，在多个通信系统中需要多种电缆，这样使得安装设备更加困难。
上述微波射频天线设计是单独进行，尽管设计时得到天线参数可以比较准确，但在实际环境应用中没有考虑本到负载或周围环境的EMC因素。由于受到周围环境的影响，尤其是馈源相位等的影响，使得天线原先设计应用的准确性受到极大影响，因此将微波射频天线天线室外单元安装测试时，其所达到的性能并不理想。
另外，由于微波射频天线需要很大发射功率，因此设计微波射频天线出来天线体积非常大，不便于户外安装。
发明内容
基于此，有必要提供一种室外单元和微波射频天线一体化、小型化设计的室外天线装置。
一种室外天线装置包括一室外单元和与所述室外单元一体设置的天线单元：所述室外单元包括一电路板，所述电路板上设置有一射频片上系统；所述天线单元包括至少一个辐射振子以接收所述射频片上系统产生的电信号并转变为电磁波信号；一超材料单元，用于将所述电磁波信号折射汇聚。
进一步地，所述辐射振子的个数为2个。
进一步地，所述天线单元还包括一反射单元，用于将所述述至少两个辐射振子产生的剩余部分电磁波反射至超材料单元，所述超材料单元用于将该部分电磁波也一同汇聚后向外辐射。
进一步地，所述天线单元包括多个辐射振子且呈矩阵式固定于反射单元上。
进一步地，所述天线单元还包括设置于反射单元上的多个无源功分器件，所述无源功分器件与分别所述多个辐射振子电连接且通过多输入多输出接口接收基带信号处理器产生的电信号。
进一步地，所述超材料单元的折射率在垂直于该超材料单元的中心轴上最大，以中心轴为圆心，随着半径的增大，折射率逐渐变小且折射率的变化量逐渐增大，相同半径处的折射率相同，所述辐射振子位于所述超材料单元的中心轴向上。
进一步地，所述超材料单元包括由多个超材料片层叠加形成，每一超材料片层包括片状基材以及附着在该片状基材上的多个人造微结构。
进一步地，所述片状基材选用陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料中的任意一种。
进一步地，所述每一超材料片层中心点处的折射率最大，以中心点为圆心，随着半径的增大，折射率逐渐变小且折射率的变化量逐渐增大，相同半径处的折射率相同。
进一步地，所述每一超材料片层具有相同几何图案的人造微结构，以中心点为圆心，相同半径上的人造微结构尺寸相同，随着半径逐渐增大所述人造微结构的尺寸逐渐变小。
由于天线单元基于超材料单元能是天线辐射能量集中，因此在达到相同指标天线单元，其体积可以大大减少，而采用片上系统(SOC)技术也减少室外单元的体积，因此将两者设置于一体时。大大减少了室外天线装置的体积和重量，使得一体化的天线设备体积小型化，且测试将使其应用更加高效。
附图说明
图1是本发明中室外天线装置的模块示意图。
图2为图1所示室外单元中的射频片上系统模块图。
图3为图1所示室外天线装置的天线单元的截面结构示意图。
图4为图1所示天线单元去除超材料单元后的正向平面示意图。
图5为图3所示的辐射振子产生的电磁波由超材料单元汇聚示意图。
图6为图3所示的超材料单元相对中心轴对称的折射率分布示意图。
具体实施方式
下面结合相关附图及具体实施例对本发明做进一步的描述：
请参阅图1，是本发明中室外天线装置的模块示意图。室外天线装置1包括室外单元5和与所述室外单元5一体设置的天线单元100。在本实施方式中，由于室外单元5和天线单元100体积大小相近，所以采用互相背靠背方式一体设置。在其他实施方式中，当室外单元5的体积远小于天线单元100的体积，则可将室外单元5设置于天线单元100内；或者当室外单元5的体积远大于天线单元100的体积，将天线单元100设置于室外单元5内。
请参阅图2，为图1所示室外单元中的射频片上系统模块图。所述室外单元5包括一电路板(图中未示)，所述电路板上设置有一射频片上系统2；所述射频片上系统2包括处理模块21和射频模块22，处理模块21通信端口与射频模块22的通讯端相连，射频模块22的接收与发射端与天线单元100相连，射频模块22接收来自天线单元100的数据输出到处理模块21，处理模块21接收到数据后进行处理；处理模块21数据输出时先将数据传送给射频模块22，由射频模块22输出到天线单元100发射出去。
图3，为本发明中一实施中的天线单元100的截面结构示意图，天线单元100包括反射单元101、至少一个辐射振子102及用于将所述至少一个辐射振子102产生的电磁波进行汇聚的超材料单元103。所述至少一个辐射振子102产生的部分电磁波经由所述超材料单元103汇聚并向外辐射，而辐射振子102产生的剩余部分的电磁波经过反射单元101反射至所述超材料单元103上，所述超材料单元103将该部分被反射的辐射波汇聚后向外辐射。在本实施方式中，辐射振子的个数为2个。
图4为图1所示天线单元100去除超材料单元103后的正向平面示意图。所述辐射振子102通过馈电支架(图中未出)固定于所述反射单元101，其中辐射振子呈矩阵式排列于反射单元101上。在本实施方式中，所述反射单元101采用金属材料制成。
所述天线单元100还包括设置于反射单元101上的多个无源功分器件105，所述无源功分器件105与分别所述辐射振子102分别电连接且通过多输入输出(MIMO)接口106接收基带信号处理器产生的电信号。此处的即是指多输入多输出。即MIMO天线上的所有单个的天线同时发射，同时接收。
超材料单元103对入射电磁波的折射率分布如图4所示，中心轴向处的折射率为n1，以中心轴AA'与超材料单元的交点为圆心，随着半径的逐渐增加折射率逐渐变小，而且随着半径的增大，折射率的变化量逐渐增大，其中n1>n2>n3>…>np，(nm-nm-1)>(nm-1-nm-2)，m为大于3小于等于q的自然数。
由上述描述可知，超材料单元103的设计至关重要，下面对超材料单元103做具体说明，由辐射振子102产生的电磁波经由超材料单元103平行射出，在该超材料单元103基材上设置人造微结构，基材采用介电绝缘材料制成，可以为陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料等，例如高分子材料可以为环氧树脂或聚四氟乙烯。人造微结构为以一定的几何形状附着在基材上的金属线，金属线可以是剖面为圆柱状或者扁平状的铜线、银线等，当然金属线的剖面也可以为其他形状，金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等工艺附着在基材上，每一超材料片层划分为多个单元(包括该单元中的单元基材和附着在该单元基材上的人造微结构)，每个单元都具有一个人造微结构，每一个单元都会对通过其中的电磁波产生响应，从而影响电磁波在其中的传输，每个单元的尺寸取决于需要响应的电磁波，通常为所需响应的电磁波波长的十分之一，否则空间中包含人造微结构的单元所组成的排列在空间中不能被视为连续。
在基材选定的情况下，通过调整人造微结构的图案、尺寸及其在基材上的空间分布，可以调整超材料上各处的等效介电常数及等效磁导率进而改变超材料各处的等效折射率。当人造微结构采用相同的几何形状时，某处人造微结构的尺寸越大，则该处的等效介电常数越大，折射率也越大。本实施例采用的人造微结构的图案为工字形、雪花状及其衍生结构，上述人造微结构的尺寸从中心向周围逐渐变小，在基板中心处，雪花状的人造微结构的尺寸最大，并且在距离中心相同半径处的雪花状人造微结构的尺寸相同，因此基板的等效介电常数由中间向四周逐渐变小，中间的等效介电常数及等效磁导率最大，因而基板的折射率从中间向四周逐渐变小，中间部分的折射率最大。
由馈源S发出的电磁波经过超材料单元汇聚后沿S1方向平行传出时，偏折角θ与折射率的关系为：Sinθ＝q·Δn(参见Metamaterials:Theory,Design,andApplications，Publisher:Springer，ISBN 1441905723，75页-76页)，其中q是沿轴向排列的人造微结构的厚度；Δn表示相邻单元的折射率变化量，且0<q·Δn<1，由上述公式可知，超材料单元上相邻单元的折射率变化量大小相同时，对于传输到该位置的电磁波的偏折角相同，折射率变化量越大，偏折角越大。
材料的折射率与其介电常数及磁导率存在如下关系：其中k为比例系数，k取值为正负1，ε为材料的介电常数，u为材料的磁导率，通过对超材料空间中每一点的介电常数ε的精确设计，可以实现由发射源发出的电磁波经超材料折射后平行射出的汇聚特性。
若干人造微结构可通过人工仿真技术实现，即可由人工对具有特定电磁特性的人造微结构进行设计，将片状基板划分为多个单元，每个单元中的基材与附着在该单元上的人造微结构的等效介电常数ε与等效磁导率μ的选择方法为：
通过计算机仿真和实验测试，先预设发射源与超材料单元的距离，预选一个单元(包括该单元中的基材和附着在基材上具有一定几何形状的人造微结构)作为中心处的单元，将若干单元(包含不同几何参数的人造微结构)响应发射源发出的电磁波的电磁特性进行测量，存储测量得到的电磁响应曲线，确定各种不同单元结构的等效介电常数以及等效磁导率并存在于一个数据库中；然后根据公式Sinθ＝q·Δn，(参见Metamaterials:Theory,Design,and Applications，Publisher:Springer，ISBN 1441905723，75页-76页)，对于不同的偏转角度，确定折射率的变化量，确定不同半径处的折射率，根据折射率与介电常数和磁导率的关系从数据库中选择符合条件的单元结构。
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，人造微结构的图案可以是二维、也可以是三维结构，不限于该实施例中使用的“工”字形，也可以是其他的几何形状，其中不同的人造微结构可以是图案相同，但是其设计尺寸不同；也可以是图案和设计尺寸均不相同。构成超材料的基板的数量根据需要可增可减，每一片基板的结构可以相同，也可以不同，只要满足由天线单元发出的电磁波经过超材料单元传播后可以平行射出即可。
通过使用在天线单元100前端添加一超材料单元103，从而将辐射振子102产生的大部分电磁波经由超材料单元折射汇，而将辐射振子102产生的剩余部分电磁波经过反射单元101反射至超材料单元103并折射汇聚同，从而大大减少了辐射波波瓣的宽度，使天线单元100的增益得以显著提高，保证了天线单元100的信号强度以确保为移动通讯无线电磁波的接收和发射。
由于天线单元基于超材料单元能是天线辐射能量集中，因此在达到相同指标天线单元，其体积可以大大减少，而采用片上系统(SOC)技术也减少室外单元的体积，因此将两者设置于一体时。大大减少了室外天线装置的体积和重量。使得一体化的天线设备体积小型化，且测试将使其应用更加高效。
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 (7)
1.一种室外天线装置，其特征在于，所述室外天线装置包括一室外单元和一天线单元：所述室外单元包括一电路板，所述电路板上设置有一射频片上系统；
所述天线单元包括至少一个辐射振子以接收所述射频片上系统产生的电信号并转变为电磁波信号；一超材料单元，用于将所述电磁波信号折射汇聚；一反射单元，用于将辐射振子产生的剩余部分电磁波反射至超材料单元，所述超材料单元用于将该部分电磁波也一同汇聚后向外辐射；辐射振子且呈矩阵式固定于反射单元上；
其中，所述室外单元和所述天线单元采用互相背靠背方式一体设置。
2.根据权利要求1所述的室外天线装置，其特征在于，所述辐射振子的个数为2个。
3.根据权利要求1所述的室外天线装置，其特征在于，所述天线单元还包括设置于反射单元上的多个无源功分器件，所述无源功分器件分别与所述辐射振子电连接且通过多输入多输出接口接收基带信号处理器产生的电信号。
4.根据权利要求1所述的室外天线装置，其特征在于，所述超材料单元包括由多个超材料片层叠加形成，每一超材料片层包括片状基材以及附着在该片状基材上的多个人造微结构。
5.根据权利要求4所述的室外天线装置，所述片状基材选用陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的室外天线装置，其特征在于，所述每一超材料片层中心点处的折射率最大，以中心点为圆心，随着半径的增大，折射率逐渐变小且折射率的变化量逐渐增大，相同半径处的折射率相同。
7.根据权利要求6所述的室外天线装置，其特征在于，所述每一超材料片层具有相同几何图案的人造微结构，以中心点为圆心，相同半径上的人造微结构尺寸相同，随着半径逐渐增大所述人造微结构的尺寸逐渐变小。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110196879.8A CN103036035B (zh) | 2011-07-14 | 2011-07-14 | 室外天线装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110196879.8A CN103036035B (zh) | 2011-07-14 | 2011-07-14 | 室外天线装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103036035A CN103036035A (zh) | 2013-04-10 |
| CN103036035B true CN103036035B (zh) | 2016-09-28 |
Family
ID=48022675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110196879.8A Active CN103036035B (zh) | 2011-07-14 | 2011-07-14 | 室外天线装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103036035B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104347958A (zh) * | 2013-07-31 | 2015-02-11 | 深圳光启创新技术有限公司 | 基站天线 |
| CN103916156B (zh) * | 2014-04-14 | 2016-04-20 | 广东健博通科技股份有限公司 | 一种无线网络收发装置 |
| KR102394127B1 (ko) | 2017-02-21 | 2022-05-04 | 삼성전자 주식회사 | 평면 렌즈 안테나를 포함하는 기구 및 이의 제어 방법 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101587990A (zh) * | 2009-07-01 | 2009-11-25 | 东南大学 | 基于人工电磁材料的宽带圆柱形透镜天线 |
| CN101615716A (zh) * | 2009-07-30 | 2009-12-30 | 俞元明 | 一种光纤一体化天线和信号传输方法 |
| CN201440456U (zh) * | 2009-05-26 | 2010-04-21 | 摩比天线技术（深圳）有限公司 | 一种一体化集束天线结构 |
| CN101699659A (zh) * | 2009-11-04 | 2010-04-28 | 东南大学 | 一种透镜天线 |
-
2011
- 2011-07-14 CN CN201110196879.8A patent/CN103036035B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201440456U (zh) * | 2009-05-26 | 2010-04-21 | 摩比天线技术（深圳）有限公司 | 一种一体化集束天线结构 |
| CN101587990A (zh) * | 2009-07-01 | 2009-11-25 | 东南大学 | 基于人工电磁材料的宽带圆柱形透镜天线 |
| CN101615716A (zh) * | 2009-07-30 | 2009-12-30 | 俞元明 | 一种光纤一体化天线和信号传输方法 |
| CN101699659A (zh) * | 2009-11-04 | 2010-04-28 | 东南大学 | 一种透镜天线 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103036035A (zh) | 2013-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hassan et al. | An FSS based correlation reduction technique for MIMO antennas | |
| CN102130376B (zh) | 一种微带缝隙耦合馈电的三频介质谐振天线 | |
| Huang et al. | A 2-D multibeam half Maxwell fish-eye lens antenna using high impedance surfaces | |
| Hong et al. | 60 GHz patch antenna array with parasitic elements for smart glasses | |
| CN112117532B (zh) | 基于微带天线的紧凑型低耦合三极化回溯阵及三极化mimo天线单元 | |
| Meng et al. | Automatic design of broadband gradient index metamaterial lens for gain enhancement of circularly polarized antennas | |
| Luo et al. | A zero-mode induced mmWave patch antenna with low-profile, wide-bandwidth and large-angle scanning for 5G mobile terminals | |
| CN108134193A (zh) | 一种结构紧凑的主被动复合极化敏感阵列天线装置 | |
| CN110336137A (zh) | 一种阻抗匹配高增益透镜天线及其设计方法 | |
| CN105609961A (zh) | 一种基于梯度超表面的透射双功能器件 | |
| Li et al. | Double-layer perfect metamaterial absorber and its application for RCS reduction of antenna | |
| CN103036035B (zh) | 室外天线装置 | |
| CN102480019B (zh) | 一种超材料天线 | |
| CN102891373B (zh) | 一种超材料制成的基站天线 | |
| CN103682614A (zh) | 宽频透波材料及其天线罩和天线系统 | |
| Rahimian et al. | Analytical and numerical evaluations of flexible V-band Rotman lens beamforming network performance for conformal wireless subsystems | |
| CN102769202B (zh) | 双频带通透波材料及其天线罩和天线系统 | |
| CN112909579A (zh) | 一种多模态轨道角动量天线 | |
| US10756441B2 (en) | Radar lens antenna arrays and methods | |
| Kausar et al. | Smart adaptive beam forming antenna for interference minimization | |
| CN102157789A (zh) | 带分布加载耦合腔的改进康托尔分形微带天线 | |
| CN207611859U (zh) | 一种方向图电调线极化偶极子天线 | |
| CN103036036B (zh) | 室外天线装置 | |
| Elmansouri et al. | Wide-Angle Flattened Luneburg Lens for Millimeter-Wave Beam Steering Applications | |
| CN102800984B (zh) | 一种超材料天线 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |