CN103794880B - 天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线，包括：设置有至少一个发射电磁波的馈源(3)的第一层板(1)、和设置有至少一个天线振子(4)的第二层板(2)，在第一层板(1)上对应于每个馈源(3)的位置处，分别形成有供电磁波穿过的缝隙(5)，其中，第一层板(1)和第二层板(2)彼此间隔地固定连接。本发明至少能够实现优化天线覆盖性能。

Description

天线

技术领域

本发明涉及无线通信器材领域，更具体地，涉及一种天线。

背景技术

目前在交通系统中乘客使用上网业务越来越频繁，在如地铁、隧道中使用无线上网时就必然需要优良的信号覆盖来支持，否则经常丢包掉线或者下载速度缓慢会严重影响用户使用WIFI功能的兴趣，因此针对无线上网的WIFI频段5.8GHz窄波束就需要更广范围的覆盖性能。

如公开号为102760969A的发明专利，公开了一种超材料定向天线，这种天线使用超材料，能够定向的辐射电磁波，但是这种结构并不适用于交通系统，比如地铁中，这种装置的反射板形成锅形，在高速运行中车辆的震动会影响天线的稳定，导致天线的覆盖性能降低。

发明内容

针对相关技术中存在的一个或多个问题，本发明的目的在于提供一种天线，以至少能够实现优化天线覆盖性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种天线，包括设置有至少一个发射电磁波的馈源的第一层板和设置有至少一个天线振子的第二层板，在所述第一层板上对应于每个所述馈源的位置处分别形成有供所述电磁波穿过的缝隙，其中，第一层板和所述第二层板彼此间隔地固定连接。

进一步地，电磁波的发射频率为1.8GHz～12GHz。

进一步地，馈源发射的电磁波频率为4.9GHz～6GHz。

进一步地，馈源发射的电磁波频率为5GHz～5.9GHz。

进一步地，馈源发射的电磁波频率为2GHz～2.6GHz。

进一步地，馈源发射的电磁波频率为2.4GHz～2.5GHz。

进一步地，所述第一层板与所述第二层均为平板并且彼此平行。

进一步地，所述第一层板具有面向所述第二层板的第一面和背向所述第二层板的第二面，在所述第二面上设置有第一功分电路和第二功分电路，其中，以所述第二面的纵向轴线为基准轴线，所述第一功分电路和所述第二功分电路相对于所述基准轴线的两侧镜像布置。

进一步地，所述第一功分电路和所述第二功分电路分别具有信号输入端口以及至少一个信号馈线，所述信号馈线与所述信号输入端口电连接，其中，所述第一功分电路的所有所述信号馈线与所述基准轴线形成正30度～60度夹角，所述第二功分电路的所有所述信号馈线与所述基准轴线形成负30度～60度夹角，其中，互为镜像的两个所述信号馈线形成一个所述馈源。

进一步地，每个所述馈源之间间隔0.4～1个所述电磁波的波长。

进一步地，每个所述馈源之间间隔0.6～0.9个所述电磁波的波长。

进一步地，所述第一层板的所述第一面上设有覆盖整个所述第一面的导电层，所述导电层的与各个所述信号馈线对应的位置分别镂空有一个所述缝隙。

进一步地，所述缝隙在所述第一面上的投影的长度方向与相应的所述信号馈线之间的夹角大于0°并小于180°。

进一步地，所述夹角为45～135度。

进一步地，所述天线振子位于所述第二层板的背向所述第一层板的面上。

进一步地，所述导电片的其中一条对角线在所述第一层板上的投影与所述第一层板的所述基准轴线平行。

进一步地，所述导电层的边长为，与所述天线振子形成耦合的所述电磁波的波长的四分之一至四分之三。

进一步地，所述第一层板与所述第二层板之间由绝缘件固定连接。

进一步地，所述第一层板与所述第二层板之间的距离为0.1mm～10mm。

进一步地，所述第一层板与所述第二层板之间的距离为1mm～3mm。

进一步地，所述天线为用于交通系统的天线。

进一步地，所述交通系统为地铁交通系统、轻轨交通系统、空运交通系统、海运交通系统、公路交通系统、海底隧道交通系统、公交车交通系统中任一种。

进一步地，所述第一层板上还设置有固定孔，通过穿过所述固定孔的绝缘紧固件将所述天线固定于所述交通系统上。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)在本发明的天线中，其具有第一层板和第二层板，由于在第一层板上设有至少一个发射电磁波的馈源，在第一层板与每个馈源对应的位置处形成有供电磁波穿过的缝隙，而在第二层板上设有与穿过缝隙的电磁波一一对应耦合的天线振子，因此，这种一一对应布置方式可以实现优化天线的覆盖性能。

(2)进一步，在本发明中，第一功分电路的所有信号馈线与基准轴线形成正30度～60度夹角，第二功分电路的所有信号馈线与基准轴线形成负30度～60度夹角，这种布置方式可以进一步优化天线的覆盖性能，使其覆盖性能最优。

(3)另外，在本发明中，缝隙由导电层上镂空的孔构成，因此，电磁波仅可以从缝隙中射出，而传播到导电层表面上的电磁波则被反射，所以可以实现对电磁波传播方向的定向。

(4)此外，在本发明中，由于缝隙在第一面上的投影的长度方向可以与相应的信号馈线之间的夹角为大于0°并小于180°，并且该夹角优选地在45～135度之间。因此，在二者以这种方式布置时，可以使得馈源与天线振子之间的耦合性能提高。

(5)进一步，在本发明中，由于第一层板与第二层板之间的距离可以设置在0.1～10mm之间，并且优选地为1mm～3mm之间，更优选地为2.6mm，在此距离时，天线振子和馈源之间的耦合性能最优。

附图说明

图1是本发明天线的第一实施例的立体图；

图2是本发明天线的第一实施例的俯视图；

图3是本发明天线的第一实施例的第一层板的仰视图；

图4是本发明天线的第一实施例的第一层板的俯视图；

图5是本发明天线的第一实施例的第二层板的俯视图；

图6是本发明天线的第二实施例的立体图；

图7是本发明天线的第二实施例的俯视图；

图8是本发明天线的第二实施例的第一层板的仰视图；

图9是本发明天线的第二实施例的第一层板的俯视图；

图10是本发明天线的第二实施例的第二层板的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式进行描述。

参照图1-5，示出的是本发明天线的第一实施例。其中，本发明的天线具有第一层板1以及第二层板2，第一层板1和第二层板2彼此间隔地固定连接。其中，第一层板1设有至少一个发射电磁波的馈源3；第二层板2设有至少一个天线振子4。进一步，在第一层板1上对应于每个馈源3的位置处，分别设有供电磁波穿过的缝隙5。优选地，该电磁波的发射频率可以为1.8GHz～12GHz；进一步地，馈源发射的电磁波频率为4.9GHz～6GHz。进一步地，馈源发射的电磁波频率为5GHz～5.9GHz。进一步地，馈源发射的电磁波频率为2GHz～2.6GHz。进一步地，馈源发射的电磁波频率为2.4GHz～2.5GHz。。应当理解，这种结构使得天线振子4通过从缝隙5穿过的上述电磁波与馈源3一一对应地耦合。

在本发明的天线中，因其具有第一层板1和第二层板2，由于在第一层板1上设有至少一个发射电磁波的馈源3，在第一层板1与每个馈源3对应的位置处形成有供该电磁波穿过的缝隙5，而在第二层板2上设有与穿过缝隙5的电磁波一一对应耦合的天线振子4，因此，这种一一对应布置且一一对应耦合的方式可以实现优化天线的覆盖性能。

继续参照图1-5，第一层板1具有面向第二层板2的第一面6、和背向第二层板2的第二面7，其中，在第二面7上设有用以提供馈源3的第一功分电路8和第二功分电路9。优选地，以第二面7的纵向轴线为基准轴线L，第一功分电路8和第二功分电路9相对于以该基准轴线L的两侧为对称轴成镜像布置。进一步，第一功分电路8和第二功分电路9分别具有：信号输入端口10、以及至少一个信号馈线11，信号馈线11和信号输入端口10之间电连接。此外，天线振子4可以形成于第二层板2的背向第一层板1的面上。作为一个可选的实施例，第一层板1和第二层板2可以均为印刷电路板。

在一个优选地实施例中，第一功分电路8的信号馈线11和第二功分电路9的信号馈线11之间彼此呈镜像。其中，互为镜像的两个信号馈线11形成一个馈源3。馈源3用于与同轴馈线连接以实现信号输入/输出。优选地，在本发明的第一实施例中，馈源3的个数为四个。但是任何数量的馈源3都是可以的，例如，可以如本发明的第二实施例所示，馈源3的数量为两个。但是，本发明并不局限于此。

在本发明中，由于第一功分电路的所有信号馈线与基准轴线形成正30度～60度夹角，第二功分电路的所有信号馈线与基准轴线形成负30度～60度夹角，这种布置方式可以进一步优化天线的覆盖性能，使其覆盖性能最优。

进一步，在一个优选的实施例中，第一层板1和第二层板2均为平板，并且彼此平行，此时，可提高天线振子4与功分电路之间的耦合性能。

另外，每个馈源3之间的间隔为0.4～1个电磁波(频率可以是上述频率中的任一个)的波长。优选地，每个馈源3之间的间隔为0.6～0.9个电磁波的波长。

具体地，参照图4，在第一层板1的第一面6上，设有覆盖整个第一面6的导电层，导电层上的与各个信号馈线11对应的位置分别镂空成孔，每个孔构成一个缝隙5。优选地，缝隙5的数量与所有信号馈线11的数量相等。在本发明中，电磁波仅可以从缝隙5中穿过而与馈源耦合射出，而传播到导电层上的电磁波将被导电层反射，所以可以实现对电磁波传播方向的定向。

另外，缝隙5在第一面6上的投影的长度方向与相应的信号馈线11之间的夹角大于0°并小于180°，即缝隙的长度方向与对应的信号馈线之间的夹角大于0°并小于180°。在一个优选的实施例中，该夹角可以为45度～135度，更为优选地，该夹角可以为90度。。当夹角为90°时，即，缝隙5在第一面6上的投影垂直于对应的信号馈线11，因此，在二者以这种方式布置时，可以使得馈源3与天线振子4之间的耦合性能提高。

应当理解，此处所描述的缝隙5的长度方向为如图4所示的长方形缝隙5的长边的方向，而当缝隙5为正方形时，其长度方向，是与缝隙5为长方形时长边延伸方向相同的方向。

应该理解，缝隙5在第一面6上的投影的长度方向与相应的信号馈线11之间的夹角只要在0°-180°之间即可，而90°正交为最优选的方式，本发明并不局限于此。

优选地，缝隙5可以由蚀刻导电层而形成，蚀刻方式可以是电解蚀刻、化学蚀刻等。

在一个实施例中，天线振子4为以蚀刻方式形成的导电片，可选地，该导电片可以为以蚀刻方式形成的多边形面。优选地，天线振子4可以为正方形导电片，并且正方形导电片的其中一条对角线在第一层板1上的投影与第一层板1的基准轴线L平行。换言之，正方形导电片其中一条边在第一层板1上的投影与基准轴线L的夹角为45°，即，其形状为倾斜45°的正方形。应当理解，除正方形导电片之外，天线振子4的形状可以为菱形、矩形、正五边形等多种形状，正方形仅是最优选的。另外，在天线振子4为正方形时，其倾斜角度也可以是任意角度，而45°是最优选的，本发明并不局限于此。

进一步，当天线振子4为正方形导电片时，其边长为：与天线振子4形成耦合的电磁波的波长的四分之一至四分之三。优选地，边长可以为与天线振子4形成耦合的电磁波的波长的二分之一。

另外，优选地，上述导电层和导电片的材料为金属或合金或导电油墨。金属材料可以是铜、银等。

再次参照图1，第一层板1和第二层板2之间通过绝缘件固定连接。另外，第一层板1和第二层板2之间的距离在0.1mm-10mm之间，优选地，距离为1mm～3mm，最为优选地，该距离可以为2.6mm。因为在此距离时，天线振子4和馈源3之间的耦合性能最优。

还需指出的是，本发明的天线是用于固定线路的交通系统的天线。这类交通系统可以为：地铁交通系统、轻轨交通系统、空运交通系统、海运交通系统、公路交通系统、海底隧道交通系统、公交车交通系统中的任意一种。另外，在第一层板1上还设置有固定孔12，天线可以通过穿过该固定孔12的绝缘紧固件固定于上述的交通系统中。由于本发明的天线可以为板状结构，所以其更适合在颠簸的环境中应用，相比于现有技术板状天线固定更加平稳牢固，较适合应用在固定线路的交通系统中，这可以实现在上述交通系统内做WIFI无线覆盖。

再次参照图1-5，交流电信号从设置在第二面7上的信号输入端口10输入，然后传输至馈源3处，由于在第一层板1上对应于每个馈源3的位置处，分别形成供电磁波穿过的缝隙5，所以电磁波定向地从缝隙5处射出，然后穿过缝隙5的电磁波与传递到天线振子4，使得天线振子4与馈源3一一对应地耦合。进一步，电磁波从天线振子4发射出去，从而对电磁波进行定向传播。

此外，图6至图10所示为本发明天线的第二实施例，相比于实施例1，实施例2的馈源3的数量为两个，进一步，天线振子4和缝隙5的数量也为两个。实施例2中其余未描述的部分，均与实施例1相同。

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。

Claims (17)

1.一种天线，其特征在于，包括：

设置有至少一个发射电磁波的馈源(3)的第一层板(1)和设置有至少一个天线振子(4)的第二层板(2)，所述第一层板(1)与所述第二层板(2)均为平板并且彼此平行，所述第一层板(1)具有面向所述第二层板(2)的第一面(6)和背向所述第二层板(2)的第二面(7)，所述天线振子(4)位于所述第二层板(2)的背向所述第一层板(1)的面上；

在所述第一层板(1)上对应于每个所述馈源(3)的位置处分别形成有供所述电磁波穿过的缝隙(5)，具体为：所述第一层板(1)的所述第一面(6)上设有覆盖整个所述第一面(6)的导电层，所述导电层的与各个信号馈线(11)对应的位置分别镂空有一个所述缝隙(5)；所述缝隙(5)在所述第一面(6)上的投影的长度方向与相应的所述信号馈线(11)之间的夹角大于0°并小于180°；

其中，所述第一层板(1)和所述第二层板(2)彼此间隔地固定连接；

在所述第二面(7)上设置有第一功分电路(8)和第二功分电路(9)，其中，以所述第二面(7)的纵向轴线为基准轴线(L)，所述第一功分电路(8)和所述第二功分电路(9)相对于所述基准轴线(L)的两侧镜像布置；

所述第一功分电路(8)和所述第二功分电路(9)分别具有信号输入端口(10)以及至少一个信号馈线(11)，所述信号馈线(11)与所述信号输入端口(10)电连接，

其中，所述第一功分电路(8)的所有所述信号馈线(11)与所述基准轴线(L)形成正30度～正60度夹角，所述第二功分电路(9)的所有所述信号馈线(11)与所述基准轴线(L)形成负30度～负60度夹角，

其中，互为镜像的两个所述信号馈线(11)形成一个所述馈源(3)。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述电磁波的发射频率为1.8GHz～12GHz。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，

所述馈源(3)发射的电磁波频率为4.9GHz～6GHz。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，

所述馈源(3)发射的电磁波频率为5GHz～5.9GHz。

5.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，

所述馈源(3)发射的电磁波频率为2GHz～2.6GHz。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，

所述馈源(3)发射的电磁波频率为2.4GHz～2.5GHz。

7.根据权利要求1-6中任一项所述天线，其特征在于，

每个所述馈源(3)之间间隔0.4～1个所述电磁波的波长。

8.根据权利要求7所述天线，其特征在于，

每个所述馈源(3)之间间隔0.6～0.9个所述电磁波的波长。

9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述夹角为45～135度。

10.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

导电片的其中一条对角线在所述第一层板(1)上的投影与所述第一层板(1)的所述基准轴线(L)平行。

11.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

导电层的边长为,与所述天线振子(4)形成耦合的所述电磁波的波长的四分之一至四分之三。

12.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述第一层板(1)与所述第二层板(2)之间由绝缘件固定连接。

13.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述第一层板(1)与所述第二层板(2)之间的距离为0.1mm～10mm。

14.根据权利要求13所述的天线，其特征在于，

所述第一层板(1)与所述第二层板(2)之间的距离为1mm～3mm。

15.根据权利要求1-6中任意一项所述的天线，其特征在于，

所述天线为用于交通系统的天线。

16.根据权利要求15所述的天线，其特征在于，

所述交通系统为地铁交通系统、轻轨交通系统、空运交通系统、海运交通系统、公路交通系统、海底隧道交通系统、公交车交通系统中任一种。

17.根据权利要求16所述的天线，其特征在于，

所述第一层板(1)上还设置有固定孔(12)，通过穿过所述固定孔(12)的绝缘紧固件将所述天线固定于所述交通系统上。