CN104283003B - 高效的收发天线阵列装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种高效的收发天线阵列装置，它由天线牵引板（100）及天线馈电板（200）组成；天线牵引板（100）垂直间隔的放在天线馈电板（200）上方,天线牵引板（100）是单层PCB平板，其表面均匀排列着八个耦合单元（110），八个耦合单元（110）都是矩形金属；天线馈电板（200）是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层（210），上层是馈电层（220），馈电层（220）包含了馈电网络和馈电网络相互连接的八个均匀排列的矩形辐射单元（230）；该高效的收发天线阵列装置经过馈电层（220）中的馈电网络对八个辐射单元（230）馈电实现了两个正交极化的高效率辐射，可用于无线通信的各个频段;本发明的技术方案，实现高频宽，同时具有，体积小、结构简单、增益高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及4G天线，更具体地说，涉及一种4G的关键技术MIMO(多路输入输出)天线。
背景技术
随者移动通讯技术发展到第三代(3G)，特别是智能终端的出现，使市场对移动数据的需求急剧膨胀，而目前的3G技术是当初基于语音通信发展出的技术，由于受到移动数据带宽的限制，对移动数据，目前已不能满足移动数据需求的迅速发展。MIMO(多路输入输出)多天线技术是4G中的一项关键技术，可以大大增加无线通信系统的容量，并有效改善无线通信系统的性能，非常适合未来移动通信系统中对高速率数据的要求。MIMO(多路输入输出)多天线技术是在无线链路两端都使用多元天线，将发送分集和接收分集结合起来的技术，如何在狭小空间内安置多个天线，同时避免天线间的相互干扰，实现各个天线的高辐射效率改善无线通信系统的容量，这对天线设计来说是个挑战。而双极化天线可成为MIMO多天线一种可实现的技术方式。
由此，一种新型的高效的收发天线阵列装置可以实现双极化，做为一种MIMO(多路输入输出)多天线实现方式，满足4G移动系统以及无线传输的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的高效的收发天线阵列装置，具有增益高、体积小、结构简化等特点。
根据本发明，提供一种高效的收发天线阵列装置，它由天线牵引板及天线馈电板组成；天线牵引板垂直间隔的放在天线馈电板上方,天线牵引板是单层PCB平板，其表面均匀排列着八个耦合单元，八个耦合单元都是矩形金属；天线馈电板是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层，上层是馈电层，馈电层包含了馈电网络和馈电网络相互连接的八个均匀排列的矩形辐射单元；该高效的收发天线阵列装置经过馈电层中的馈电网络对八个辐射单元馈电实现了两个正交极化的高效率辐射。
根据本发明，所述的高效的收发天线阵列装置，天线馈电板是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层，上层是馈电层，馈电层包含了馈电网络和馈电网络相互连接的八个均匀排列的矩形辐射单元；馈电层中的馈电网络是由微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅲ、微带线Ⅳ、微带线Ⅴ、微带线Ⅵ、微带线Ⅶ、微带线Ⅷ、微带线Ⅸ、微带线Ⅹ组成，相同标号的微带线长度和宽度相同，不同标号的微带线长度或宽度不相同，其中微带线Ⅰ、微带线Ⅹ的宽度相同，但它们小于微带线Ⅱ的宽度，微带线Ⅱ的宽度小于微带线Ⅲ、微带线Ⅳ、微带线Ⅴ、微带线Ⅵ、微带线Ⅶ、微带线Ⅷ、微带线Ⅸ的宽度；而微带线Ⅲ、微带线Ⅳ、微带线Ⅴ、微带线Ⅵ、微带线Ⅶ、微带线Ⅷ、微带线Ⅸ的宽度相同但长度不同。
根据本发明，所述的高效的收发天线阵列装置，信号电流经过节点Ⅹ分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅲ流入上下位置对称的两个节点Ⅴ，电流在节点Ⅴ分流，电流分别在上下两端经过左侧的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅶ以及右侧微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅷ流入上下左右位置对称的四个节点Ⅵ，其中微带线Ⅶ的长度要长于微带线Ⅷ的长度；电流在节点Ⅵ分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ在八个辐射单元的垂直方向中心馈入八个辐射单元。
根据本发明，所述的高效的收发天线阵列装置，信号电流经过节点Ⅰ分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅳ、微带线Ⅴ流入上测位置节点Ⅱ和下侧位置节点Ⅲ；微带线Ⅳ的长度大于微带线Ⅴ的长度；电流经过上侧节点Ⅱ分流，电流经过左右并联的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅸ流入上下左右位置对称的四个节点Ⅳ；电流经过节点Ⅳ分流，电流经过上下侧并联的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅵ、微带线Ⅹ，在八个辐射单元的水平位置中心馈入八个辐射单元，其中上方的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅵ组成左右凹凸或蛇形线形状，微带线Ⅰ、微带线Ⅱ和微带线Ⅵ的长度大于微带线Ⅹ的长度。
根据本发明，所述的高效的收发天线阵列装置，在馈电板中和馈电网络相互连接的八个矩形辐射单元相隔一定间距，对称排列，在每个辐射单元上方对称对应排列耦合单元。
附图说明
本发明的上述的以及其它的特征、性质和优势将通过下面结合附图对实施例的详细说明而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1、2、3、4是按照本发明高效的收发天线阵列装置的提供的结构图；在图1中所列、一种高效的收发天线阵列装置，它由天线牵引板100及天线馈电板200组成；天线牵引板100垂直间隔的放在天线馈电板200上方,天线牵引板100是单层PCB平板，其表面均匀排列着八个耦合单元110，八个耦合单元110都是矩形金属；天线馈电板200是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层210，上层是馈电层220，馈电层220包含了馈电网络和馈电网络相互连接的八个均匀排列的矩形辐射单元230；该高效的收发天线阵列装置经过馈电层220中的馈电网络对八个辐射单元230馈电实现了两个正交极化的高效率辐射。
具体实施方式
图1、2、4是本发明的第一种实现方式，下面结合附图1、2、4进一步说明本发明的技术方案。
参考图1所见，一种高效的收发天线阵列装置，它由天线牵引板100及天线馈电板200组成；天线牵引板100垂直间隔的放在天线馈电板200上方,天线牵引板100是单层PCB平板，其表面均匀排列着八个耦合单元110，八个耦合单元110都是矩形金属；天线馈电板200是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层210，上层是馈电层220，馈电层220包含了馈电网络和馈电网络相互连接的八个均匀排列的矩形辐射单元230；该高效的收发天线阵列装置经过馈电层220中的馈电网络对八个辐射单元230馈电实现了两个正交极化的高效率辐射。
参考图2所见，进一步展示了天线馈电板200的上层馈电层220的结构，天线馈电板200是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层210，上层是馈电层220，馈电层220包含了馈电网络和馈电网络相互连接的八个均匀排列的矩形辐射单元230；馈电层220中的馈电网络是由微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅵ460、微带线Ⅶ470、微带线Ⅷ480、微带线Ⅸ490、微带线Ⅹ495组成，相同标号的微带线长度和宽度相同，不同标号的微带线长度或宽度不相同，其中微带线Ⅰ410、微带线Ⅹ495的宽度相同，但它们小于微带线Ⅱ420的宽度，微带线Ⅱ420的宽度小于微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅵ460、微带线Ⅶ470、微带线Ⅷ480、微带线Ⅸ490的宽度；而微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅵ460、微带线Ⅶ470、微带线Ⅷ480、微带线Ⅸ490的宽度相同但长度不同。
信号电流经过节点Ⅹ300分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅲ430流入上下位置对称的两个节点Ⅴ350，电流在节点Ⅴ350分流，电流分别在上下两端经过左侧的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅶ470以及右侧微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅷ480流入上下左右位置对称的四个节点Ⅵ360，其中微带线Ⅶ470的长度要长于微带线Ⅷ480的长度；电流在节点Ⅵ360分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420在八个辐射单元230的垂直方向中心馈入八个辐射单元230。
在另一信号馈电处，信号电流经过节点Ⅰ310分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450流入上测位置节点Ⅱ320和下侧位置节点Ⅲ330；微带线Ⅳ440的长度大于微带线Ⅴ450的长度；电流经过上下侧节点Ⅱ(320)、节点Ⅲ(330)分流，电流经过左右并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅸ490流入上下左右位置对称的四个节点Ⅳ340；电流经过节点Ⅳ340分流，电流经过上下侧并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅵ460、微带线Ⅹ495，在八个辐射单元230的水平位置中心馈入八个辐射单元230，其中上方的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅵ460组成左右凹凸或蛇形线形状，微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420和微带线Ⅵ460的长度大于微带线Ⅹ495的长度。
在馈电板200中和馈电网络相互连接的八个矩形辐射单元230相隔一定间距，对称排列，在每个辐射单元230上方对称对应排列耦合单元110。
参考图4所见，天线牵引板100中八个耦合单元110的排列位置，天线牵引板100是单层PCB平板，其表面均匀排列着八个耦合单元110，八个耦合单元110都是矩形金属，天线牵引板100垂直间隔的放在天线馈电板200上方，和天线馈电板200有一定的间隔。
图1、3、4是本发明的第二种实现方式，下面结合附图1、3、4进一步说明本发明的技术方案。
参考图1所见，一种高效的收发天线阵列装置，它由天线牵引板100及天线馈电板200组成；天线牵引板100垂直间隔的放在天线馈电板200上方,天线牵引板100是单层PCB平板，其表面均匀排列着八个耦合单元110，八个耦合单元110都是矩形金属；天线馈电板200是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层210，上层是馈电层220，馈电层220包含了馈电网络和馈电网络相互连接的八个均匀排列的矩形辐射单元230；该高效的收发天线阵列装置经过馈电层220中的馈电网络对八个辐射单元230馈电实现了两个正交极化的高效率辐射。
参考图3所见，进一步展示了天线馈电板200的上层馈电层220的结构，天线馈电板200是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层210，上层是馈电层220，馈电层220包含了馈电网络和馈电网络相互连接的八个均匀排列的矩形辐射单元230；馈电层220中的馈电网络是由微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅵ460、微带线Ⅶ470、微带线Ⅷ480、微带线Ⅸ490、微带线Ⅹ495组成，相同标号的微带线长度和宽度相同，不同标号的微带线长度或宽度不相同，其中微带线Ⅰ410、微带线Ⅹ495的宽度相同，但它们小于微带线Ⅱ420的宽度，微带线Ⅱ420的宽度小于微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅵ460、微带线Ⅶ470、微带线Ⅷ480、微带线Ⅸ490的宽度；而微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅵ460、微带线Ⅶ470、微带线Ⅷ480、微带线Ⅸ490的宽度相同但长度不同。
信号电流经过节点Ⅹ300分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440流入上下位置对称的两个节点Ⅳ340，其中微带线Ⅲ430的长度要长于微带线Ⅳ440的长度；电流在节点Ⅳ340分流，电流经过左右并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅵ460、流入上下左右位置对称的四个节点Ⅴ350；电流在节点Ⅴ350分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅷ480、微带线Ⅹ495，分别在八个辐射单元230的水平位置中心馈入八个辐射单元230，其中左侧的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅷ480组成左右凹凸或蛇形线形状，微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅷ480的长度大于微带线Ⅹ495的长度。
在另一信号馈电处，信号电流经过节点Ⅰ310分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅶ470流入上下位置对称的两个节点Ⅱ320，电流在节点Ⅱ320分流，电流在左右两端经过微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅴ450、微带线Ⅸ490分别流入上下左右位置对称的四个节点Ⅲ330，其中微带线Ⅸ490的长度要长于微带线Ⅴ450的长度；电流在节点Ⅲ330分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420在八个辐射单元230的垂直方向中心馈入八个辐射单元230。
在馈电板200中和馈电网络相互连接的八个矩形辐射单元230相隔一定间距，对称排列，在每个辐射单元230上方对称对应排列耦合单元110。
参考图4所见，天线牵引板100中八个耦合单元110的排列位置，天线牵引板100是单层PCB平板，其表面均匀排列着八个耦合单元110，八个耦合单元110都是矩形金属，天线牵引板100垂直间隔的放在天线馈电板200上方，和天线馈电板200有一定的间隔。
根据本发明，所述的高效的天线阵列装置，是由馈电层220以及其中所包含馈电网络和馈电网络相互连接的八个辐射单元230组成的八单元天线阵列，以该八单元天线阵列为基础可以组成的十六单元阵列。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (6)
1.一种高效的收发天线阵列装置，它由天线牵引板(100)及天线馈电板(200)组成；天线牵引板(100)垂直间隔的放在天线馈电板(200)上方,天线牵引板(100)是单层PCB平板，其表面均匀排列着八个耦合单元(110)，八个耦合单元(110)都是矩形金属；天线馈电板(200)是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层(210)，上层是馈电层(220)，馈电层(220)包含了馈电网络和馈电网络相互连接的八个均匀排列的矩形辐射单元(230)；该高效的收发天线阵列装置经过馈电层(220)中的馈电网络对八个辐射单元(230)馈电实现了两个正交极化的高效率辐射；其特征在于：馈电层(220)中的馈电网络是由微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅲ(430)、微带线Ⅳ(440)、微带线Ⅴ(450)、微带线Ⅵ(460)、微带线Ⅶ(470)、微带线Ⅷ(480)、微带线Ⅸ(490)、微带线Ⅹ(495)组成，相同标号的微带线长度和宽度相同，不同标号的微带线长度或宽度不相同，其中微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅹ(495)的宽度相同，但它们小于微带线Ⅱ(420)的宽度，微带线Ⅱ(420)的宽度小于微带线Ⅲ(430)、微带线Ⅳ(440)、微带线Ⅴ(450)、微带线Ⅵ(460)、微带线Ⅶ(470)、微带线Ⅷ(480)、微带线Ⅸ(490)的宽度；而微带线Ⅲ(430)、微带线Ⅳ(440)、微带线Ⅴ(450)、微带线Ⅵ(460)、微带线Ⅶ(470)、微带线Ⅷ(480)、微带线Ⅸ(490)的宽度相同但长度不同；信号电流经过节点Ⅹ(300)分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅲ(430)流入上下位置对称的两个节点Ⅴ(350)，电流在节点Ⅴ(350)分流，电流分别在上下两端经过左侧的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅶ(470)以及右侧微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅷ(480)流入上下左右位置对称的四个节点Ⅵ(360)，其中微带线Ⅶ(470)的长度要长于微带线Ⅷ(480)的长度；电流在节点Ⅵ(360)分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)在八个辐射单元(230)的垂直方向中心馈入八个辐射单元(230)。
2.如权利要求1所述的高效的收发天线阵列装置，其特征在于，信号电流经过节点Ⅰ(310)分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅳ(440)、微带线Ⅴ(450)流入上测位置节点Ⅱ(320)和下侧位置节点Ⅲ(330)；微带线Ⅳ(440)的长度大于微带线Ⅴ(450)的长度；电流经过上下侧节点Ⅱ(320)、节点Ⅲ(330)分流，电流再经过左右并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅸ(490)流入上下左右位置对称的四个节点Ⅳ(340)；电流经过节点Ⅳ(340)分流，电流经过上下侧并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅵ(460)、微带线Ⅹ(495)，在八个辐射单元(230)的水平位置中心馈入八个辐射单元(230)，其中上方的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅵ(460)组成左右凹凸或蛇形线形状，微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)和微带线Ⅵ(460)的长度大于微带线Ⅹ(495)的长度。
3.一种高效的收发天线阵列装置，它由天线牵引板(100)及天线馈电板(200)组成；天线牵引板(100)垂直间隔的放在天线馈电板(200)上方,天线牵引板(100)是单层PCB平板，其表面均匀排列着八个耦合单元(110)，八个耦合单元(110)都是矩形金属；天线馈电板(200)是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层(210)，上层是馈电层(220)，馈电层(220)包含了馈电网络和馈电网络相互连接的八个均匀排列的矩形辐射单元(230)；该高效的收发天线阵列装置经过馈电层(220)中的馈电网络对八个辐射单元(230)馈电实现了两个正交极化的高效率辐射；其特征在于：馈电层(220)中的馈电网络是由微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅲ(430)、微带线Ⅳ(440)、微带线Ⅴ(450)、微带线Ⅵ(460)、微带线Ⅶ(470)、微带线Ⅷ(480)、微带线Ⅸ(490)、微带线Ⅹ(495)组成，相同标号的微带线长度和宽度相同，不同标号的微带线长度或宽度不相同，其中微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅹ(495)的宽度相同，但它们小于微带线Ⅱ(420)的宽度，微带线Ⅱ(420)的宽度小于微带线Ⅲ(430)、微带线Ⅳ(440)、微带线Ⅴ(450)、微带线Ⅵ(460)、微带线Ⅶ(470)、微带线Ⅷ(480)、微带线Ⅸ(490)的宽度；而微带线Ⅲ(430)、微带线Ⅳ(440)、微带线Ⅴ(450)、微带线Ⅵ(460)、微带线Ⅶ(470)、微带线Ⅷ(480)、微带线Ⅸ(490)的宽度相同但长度不同；信号电流经过节点Ⅹ(300)分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅲ(430)、微带线Ⅳ(440)流入上下位置对称的两个节点Ⅳ(340)，其中微带线Ⅲ(430)的长度要长于微带线Ⅳ(440)的长度；电流在节点Ⅳ(340)分流，电流经过左右并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅵ(460)、流入上下左右位置对称的四个节点Ⅴ(350)；电流在节点Ⅴ(350)分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅷ(480)、微带线Ⅹ(495)，分别在八个辐射单元(230)的水平位置中心馈入八个辐射单元(230)，其中微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅷ(480)组成左右凹凸或蛇形线形状，微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅷ(480)的长度大于微带线Ⅹ(495)的长度。
4.如权利要求3所述的高效的收发天线阵列装置，其特征在于，信号电流经过节点Ⅰ(310)分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅶ(470)流入上下位置对称的两个节点Ⅱ(320)，电流在节点Ⅱ(320)分流，电流在左右两端经过微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅴ(450)、微带线Ⅸ(490)分别流入上下左右位置对称的四个节点Ⅲ(330)，其中微带线Ⅸ(490)的长度要长于微带线Ⅴ(450)的长度；电流在节点Ⅲ(330)分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)在八个辐射单元(230)的垂直方向中心馈入八个辐射单元(230)。
5.如权利要求1或3所述的高效的收发天线阵列装置，其特征在于，在馈电板(200)中和馈电网络相互连接的八个矩形辐射单元(230)相隔一定间距，对称排列，在每个辐射单元(230)上方对称对应排列耦合单元(110)。
6.如权利要求1或3所述的高效的收发天线阵列装置，其特征在于，其是由馈电层(220)以及其中所包含馈电网络和馈电网络相互连接的八个辐射单元(230)组成的八单元天线阵列，以该八单元天线阵列为基础可以组成的十六单元阵列。
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