CN104134861A - Mimo天线系统、近似全向的天线装置及其高增益微型天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MIMO天线系统、近似全向的天线装置及其高增益微型天线，该近似全向的天线系统包括两个背靠背设置的高增益微型天线，而且，该高增益微型天线包括依次贴合设置的主天线单元、介质层及寄生天线单元，其中，主天线单元包括具有相对的第一表面和第二表面的第一介质基板，第一表面靠近介质层，且第一表面上设置有多个主天线阵子；寄生天线单元包括具有相对的第三表面和第四表面的第二介质基板，第三表面靠近介质层，且第三表面上设置有多个寄生天线阵子；介质层的两个表面平行，而且，介质层的相对介电常数略大于1。实施本发明的技术方案，该天线的体积较小、增益较高，而且，该近似全向的天线装置具有覆盖范围大的优点。

Description

MIMO天线系统、近似全向的天线装置及其高增益微型天线

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种MIMO天线系统、近似全向的天线装置及其高增益微型天线。

背景技术

天线作为一种用来发射或接收无线电波的部件，在无线通讯系统中起到举足轻重的作用，是无线通讯系统中不可缺少的组成部分。随着无线通信的飞速发展，对天线的要求也越来越高，一方面，为避免干扰希望辐射功率越来越小；另一方面，希望天线有较高的增益，即，在天线的辐射功率较小时也有良好的传输性能。尤其是对于用在影视拍摄、无人飞行器、医疗设备上的天线。

另外，为了增加天线的工作带宽，通常在主天线单元的旁边设置寄生天线单元，该寄生天线单元与主天线单元保持一定的距离，且通过空气介质进行电容性耦合，以扩展主天线单元的工作频带。但是，在天线的生产和使用时，很难保证主天线单元和寄生天线单元之间的间距始终一致。如果将该间距设置的过小，则很小的偏差就会对主天线单元与寄生天线单元的耦合产生较大的影响，因此，通常将主天线单元和寄生天线单元之间的间距设置的非常大，这样就相当于主天线单元和寄生天线单元之间的电容非常小，为了使主天线单元和寄生天线单元上的阵子与该电容所形成的振荡器的谐振频率落在天线的接收频率内，就必须增大主天线单元和寄生天线单元上的阵子的体积及各阵子间的间距，因此，现有的这种天线的体积非常大，这与天线的小型化设计趋势相背。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述天线体积较大的缺陷，提供一种MIMO天线系统、近似全向的天线装置及其高增益微型天线，能使该天线的体积减小。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高增益微型天线，包括依次贴合设置的主天线单元、介质层及寄生天线单元，其中，

所述主天线单元包括第一介质基板，所述第一介质基板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面靠近所述介质层，且所述第一表面上设置有多个主天线阵子，所述多个主天线阵子之间通过微带线连接；

所述寄生天线单元包括第二介质基板，所述第二介质基板具有相对的第三表面和第四表面，所述第三表面靠近所述介质层，且所述第三表面上设置有多个寄生天线阵子，每个寄生天线阵子均与其中一个主天线阵子通过所述介质层进行电容性耦合；

所述介质层靠近所述主天线单元的表面和靠近所述寄生天线单元的表面平行，而且，所述介质层的相对介电常数略大于1。

在本发明所述的高增益微型天线中，所述第一介质基板和/或所述第二介质基板为柔性板。

在本发明所述的高增益微型天线中，所述多个主天线阵子的形状和大小相似。

在本发明所述的高增益微型天线中，相耦合的主天线阵子和寄生天线阵子的形状和大小相似。

在本发明所述的高增益微型天线中，所述主天线阵子和所述寄生天线阵子分别为铜箔贴片。

在本发明所述的高增益微型天线中，所述主天线单元还包括设置在所述第一介质基板的第二表面上的金属层。

本发明还构造一种近似全向的天线装置，包括两个以上所述的高增益微型天线，且所述两个高增益微型天线背靠背设置。

在本发明所述的近似全向的天线装置中，所述两个高增益微型天线由热收缩膜包裹成型。

在本发明所述的近似全向的天线装置中，所述天线系统还包括同轴连接器及设置在所述同轴连接器上且用于将所述两个高增益微型天线连接到终端设备的馈电装置。

本发明还构造一种MIMO天线系统，其特征在于，包括至少两个以上所述的近似全向的天线装置，且每相邻两个天线装置的极化方向正交设置。

实施本发明的技术方案，由于选用低介电常数的介质层来替代空气介质，可对主天线单元和寄生天线单元起到很好的支撑作用，而且，很容易做到介质层的上、下表面平行，可使得主天线单元和寄生天线单元之间的间距(介质层的厚度)始终保持一致，这样就可以将主天线单元和寄生天线单元之间的间距做的很小，相当于主天线单元和寄生天线单元之间的电容比较大，从而使得主天线单元和寄生天线单元上的阵子的体积及各阵子间的间距可以做的较小，因此，这种天线的体积较小，顺应了天线的小型化设计趋势的发展。

另外，由于两个高增益微型天线背靠背设置，所以，该天线装置的辐射场强的空间分布近似为椭球体，从而使该天线装置在有较高的增益的同时，还具有覆盖范围大的优点。

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，附图中：

图1是本发明近似全向的天线装置实施例一的结构图；

图2A、2B、2C是图1中一个高增益微型天线的主天线单元的结构图；

图3A、3B是图1中一个高增益微型天线的寄生天线单元的结构图；

图4A、4B分别是图1中一个高增益微型天线在水平方向、垂直方向上的信号辐射图；

图5是本发明MIMO天线系统实施例一的结构图。

具体实施方式

图1是本发明近似全向的天线装置实施例一的结构图，该近似全向的天线装置包括两个背靠背设置的高增益微型天线1、1’、同轴连接器40及设置在同轴连接器40上且用于将两个高增益微型天线1、1’连接到终端设备的馈电装置50。优选地，该两个高增益微型天线1、1’通过粘胶层60贴合。该馈电装置50例如为半钢射频同轴电缆或半柔射频同轴电缆，该同轴连接器40例如为SMA连接器。

下面以高增益微型天线1为例来说明近似全向的天线装置中一个天线的结构，结合图2A-2C及图3A-3B，该高增益微型天线1包括依次贴合设置的主天线单元10、介质层30及寄生天线单元20。

主天线单元10包括第一介质基板11，第一介质基板11具有相对的第一表面和第二表面，第一表面靠近介质层30，且第一表面上设置有四个主天线阵子12，该四个主天线阵子12为大小相同的方形，且该四个主天线阵子12之间通过微带线13连接。为提高该天线模块的增益，该四个主天线阵子12平行排列，而且，该四个主天线阵子12按排列顺序分成两组，每组由两个主天线阵子12和连接两个主天线阵子12的微带线组成，而且使每组中的两个主天线阵子的相位一致，从而使该两个主天线阵子的增益正向叠加，然后，再与另一组的增益正向叠加。例如，若一个主天线阵子的增益为3dBi，则该天线的增益可达到12dBi。

该主天线单元10还包括设置在在第一介质基板10的上表面的金属层14。而且，半钢射频同轴电缆50的地线连接该金属层，半钢射频同轴电缆50的中心轴线穿过设置在第一介质基板11上的通孔连接微带线13。

寄生天线单元20包括第二介质基板21，该第二介质基板21具有相对的第三表面和第四表面，第三表面靠近介质层30，且第三表面上设置有四个寄生天线阵子22，该四个寄生天线阵子22的形状和大小与四个主天线阵子12的形状和大小相同，且每个寄生天线阵子22均与其中一个主天线阵子12通过介质层30进行电容性耦合。

介质层30靠近主天线单元10的表面和靠近寄生天线单元20的表面平行，而且，介质层30的相对介电常数略大于1，介质层30例如选用塑料泡沫，其相对介电常数在1-2之间。

应理解，另一个高增益微型天线1’的结构与高增益微型天线1的结构相同，在此不做赘述。

在高增益微型天线中，由于选用低介电常数的介质层来替代空气介质，可对主天线单元和寄生天线单元起到很好的支撑作用，而且，很容易做到介质层的上、下表面平行，可使得主天线单元和寄生天线单元之间的间距(介质层的厚度)始终保持一致，这样就可以将主天线单元和寄生天线单元之间的间距做的很小，相当于主天线单元和寄生天线单元之间的电容比较大，从而使得主天线单元和寄生天线单元上的阵子的体积及各阵子间的间距可以做的较小，因此，这种天线的体积较小，顺应了天线的小型化设计趋势的发展。

图4A是一个高增益微型天线在水平方向上的信号辐射图，如图4A所示，主瓣宽度较大，辐射范围较宽；图4B是一个高增益微型天线在垂直方向上的信号辐射图，如图4B所示，主瓣宽度较小，天线辐射的电磁能量集中，定向性较好。

另外，结合图1及图4A、图4B，在本发明的近似全向的天线装置中，由于高增益微型天线1、1’背靠背设置，即，高增益微型天线1的第一介质板11的第二表面(背面)与高增益微型天线1’的第二表面(背面)通过粘胶层60贴合设置，所以，该天线装置的辐射场强的空间分布近似为椭球体，从而使该天线装置在有较高的增益的同时，还具有覆盖范围大的优点。

优选地，在近似全向的天线装置中，两个高增益微型天线1、1’由热收缩膜包裹成型，这样可进一步节省该天线装置的体积。

优选地，在每个高增益微型天线中，第一介质基板和/或第二介质基板为柔性板，这样便于调整天线的方向。另外，主天线阵子和寄生天线阵子分别为金属贴片，例如为铜箔贴片。金属层也为铜箔。

还需说明的是，在以上实施例中，四个主天线阵子12和四个寄生天线阵子22均为方形，且大小相同，在其它实施例中，主天线阵子和寄生天线阵子的个数可根据实际需要选择其它数量，而且，多个主天线阵子的形状和大小也可不相同，例如，形状和大小相似。寄生天线阵子的形状和大小也可不与主天线阵子的形状和大小相同，例如，形状和大小相似。

本发明还构造一种MIMO的天线系统，如图5所示，该天线系统包括两个上述实施例所述的近似全向的天线装置，且该两个近似全向的天线装置的极化方向正交设置。

应理解，在本发明MIMO天线系统的其它实施例中，可包括两个以上的上述实施例所述的近似全向的天线装置，而且，每相邻两个天线装置的极化方向正交设置。

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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种高增益微型天线，其特征在于，包括依次贴合设置的主天线单元、介质层及寄生天线单元，其中，

所述主天线单元包括第一介质基板，所述第一介质基板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面靠近所述介质层，且所述第一表面上设置有多个主天线阵子，所述多个主天线阵子之间通过微带线连接；

所述寄生天线单元包括第二介质基板，所述第二介质基板具有相对的第三表面和第四表面，所述第三表面靠近所述介质层，且所述第三表面上设置有多个寄生天线阵子，每个寄生天线阵子均与其中一个主天线阵子通过所述介质层进行电容性耦合；

所述介质层靠近所述主天线单元的表面和靠近所述寄生天线单元的表面平行，而且，所述介质层的相对介电常数略大于1。

2.根据权利要求1所述的高增益微型天线，其特征在于，所述第一介质基板和/或所述第二介质基板为柔性板。

3.根据权利要求1所述的高增益微型天线，其特征在于，所述多个主天线阵子的形状和大小相似。

4.根据权利要求1所述的高增益微型天线，其特征在于，相耦合的主天线阵子和寄生天线阵子的形状和大小相似。

5.根据权利要求1所述的高增益微型天线，其特征在于，所述主天线阵子和所述寄生天线阵子分别为铜箔贴片。

6.根据权利要求1所述的近似全向的高增益微型天线，其特征在于，所述主天线单元还包括设置在所述第一介质基板的第二表面上的金属层。

7.一种近似全向的天线装置，其特征在于，包括两个权利要求1-6任一项所述的高增益微型天线，且所述两个高增益微型天线背靠背设置。

8.根据权利要求7所述的近似全向的天线装置，其特征在于，所述两个高增益微型天线由热收缩膜包裹成型。

9.根据权利要求7所述的近似全向的天线装置，其特征在于，所述天线系统还包括同轴连接器及设置在所述同轴连接器上且用于将所述两个高增益微型天线连接到终端设备的馈电装置。

10.一种MIMO天线系统，其特征在于，包括至少两个权利要求7-9任一项所述的近似全向的天线装置，且每相邻两个天线装置的极化方向正交设置。