CN104577355B - 一种天线及无线信号收发系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种天线,包括:两个天线阵列,每个天线阵列包括两个微带天线单元;所述两个微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同,两个微带天线单元之间的中心间距在其中任一微带天线单元工作频段中心频率的0.5个波长至1个波长之间;两个天线阵列在同一平面内的夹角在30度至150度之间,且所述两个天线阵列中第一天线阵列的两个微带天线单元中心间距的中点与第二天线阵列的两个微带天线单元中心间距的中点之间的距离小于或等于波长最短的微带天线单元工作频段中心频率的3个波长。本发明实施例还公开了一种无线信号收发系统,采用本发明,可提升天线辐射信号的均匀度,减少辐射覆盖的盲区。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种天线及无线信号收发系统。
背景技术
针对移动通信室内覆盖场景,最常用的天线安装方式为吸顶安装即将天线安装在天花板上。
在现有技术中,通常采用盘锥天线来进行吸顶安装。盘锥天线中的端射阵列为水平极化,通过与其他垂直极化的天线单元配合即可满足吸顶天线在法线方向辐射低,在水平方向辐射高的方向需求,其中,该水平方向是指天线的辐射方向,且该水平方向垂直于天线的法线方向。为了扩大天线在水平方向的辐射范围,需要增大端射阵列的发射功率,这将导致某些方向如东南西北四个方向辐射强,而东南方、东北方、西南方或西北方出现覆盖盲区,天线的整体辐射信号均匀度差,不利于蜂窝建设时的组网,增大了网络优化的难度。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种天线及无线信号收发系统。以解决现有室内天线辐射信号的均匀度差的问题。
为了解决上述技术问题,本发明实施例第一方面提供了一种天线,包括:
在第一方面的第一种可能的实现方式中,第一天线阵列和第二天线阵列,所述第一天线阵列包括第一微带天线单元和第二微带天线单元,所述第二天线阵列包括第三微带天线单元和第四微带天线单元;
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元工作在第一工作频段范围内,所述第一工作频段中心频率对应的波长为λ1,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距位于1/2λ1至λ1之间;
所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元工作在第二工作频段范围内,所述第二工作频段中心频率对应的波长为λ2,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距位于1/2λ2至λ2之间;
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元所在的直线,之间的夹角位于30度至150度之间,
在所述λ1小于或者等于所述λ2的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ1的3倍;
在所述λ2小于或者等于所述λ1的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ2的3倍。
结合第一方面的第一种可能的实现方式,在第二种可能的实现方式中,所述天线为室内吸顶天线。
结合第一方面或结合第一方面的第二种可能的实现方式,在第三种可能的实现方式中,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元所在的直线,之间的夹角为90度。
结合第一方面或结合第一方面的第一或第二或第三种可能的实现方式,在第四种可能的实现方式中,在所述λ1小于或者等于所述λ2的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ1的2倍;
在所述λ2小于或者等于所述λ1的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ2的2倍。
结合第一方面的第三或第四种可能的实现方式,在第五种可能的实现方式中,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,互相重合。
结合第一方面或结合第一方面的第一或第二或第三或第四或第五种可能的实现方式,在第六种可能的实现方式中,所述第一天线阵列还包括第一180°移相器,第一信号源工作在所述第一工作频段范围内,所述第一信号源被分为相同的两路信号,
一路输出给所述第一微带天线单元,另一路通过所述第一180°移相器输出给所述第二微带天线单元;
以使所述第一信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
结合第一方面或结合第一方面的第一或第二或第三或第四或第五或第六种可能的实现方式,在第七种可能的实现方式中,所述第二天线阵列还包括第三180°移相器,第三信号源工作在所述第二工作频段范围内,所述第三信号源被分为相同的两路信号,
一路输出给所述第三微带天线单元,另一路通过所述第三180°移相器输出给所述第四微带天线单元;
以使所述第三信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
结合第一方面的第六或第七种可能的实现方式,在第八种可能的实现方式中,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元均为双极化微带天线单元,所述第一微带天线单元具有第一极化方向和第二极化方向,所述第二微带天线单元具有第三极化方向和第四极化方向,其中,所述第一极化方向和所述第三极化方向相同,所述第二极化方向和所述第四极化方向相同,
所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第一极化方向上的端口和所述第三极化方向上的端口,以使在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第一信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
或者,所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第二极化方向上的端口和所述第四极化方向上的端口,以使在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第一信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
结合第一方面的第八种可能的实现方式,在第九种可能的实现方式中,所述第一天线阵列还包括第二180°移相器,第二信号源工作在所述第一工作频段范围内,所述第二信号源也被分为相同的两路信号,
在所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第一极化方向上的端口和所述第三极化方向上的端口的情况下,
所述第二信号源的两个输出端分别连接所述第二极化方向上的端口和所述第四极化方向上的端口,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第二极化方向上的端口之间,或者,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第四极化方向上的端口之间,以使在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第二信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
在所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第二极化方向上的端口和所述第四极化方向上的端口的情况下,
所述第二信号源的两个输出端分别连接所述第一极化方向上的端口和所述第三极化方向上的端口,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第一极化方向上的端口之间,或者,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第三极化方向上的端口之间,以使在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第二信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
结合第一方面的第七或第八或第九种可能的实现方式,在第十种可能的实现方式中,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元均为双极化微带天线单元,所述第三微带天线单元具有第五极化方向和第六极化方向,所述第四微带天线单元具有第七极化方向和第八极化方向,其中,所述第五极化方向和所述第七极化方向相同,所述第六极化方向和所述第八极化方向相同,
所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第五极化方向上的端口和所述第七极化方向上的端口,以使在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第三信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
或者,所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第六极化方向上的端口和所述第八极化方向上的端口,以使在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第三信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
结合第一方面的第十种可能的实现方式,在第十一种可能的实现方式中,所述第二天线阵列还包括第四180°移相器,第四信号源工作在所述第二工作频段范围内,所述第四信号源也被分为相同的两路信号,
在所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第五极化方向上的端口和所述第七极化方向上的端口的情况下,
所述第四信号源的两个输出端分别连接所述第六极化方向上的端口和所述第八极化方向上的端口,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第六极化方向上的端口之间,或者,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第八极化方向上的端口之间,以使在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第四信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
在所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第六极化方向上的端口和所述第八极化方向上的端口的情况下,
所述第四信号源的两个输出端分别连接所述第五极化方向上的端口和所述第七极化方向上的端口,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第五极化方向上的端口之间,或者,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第七极化方向上的端口之间,以使在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第四信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
结合第一方面或结合第一方面的第一或第二或第三或第四或第五或第六或第七或第八或第九或第十或第十一种可能的实现方式,在第十二种可能的实现方式中,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,具体是指:
所述第一微带天线单元的中心和所述第二微带天线单元的中心所在的直线。
结合第一方面或结合第一方面的第一或第二或第三或第四或第五或第六或第七或第八或第九或第十或第十一或第十二种可能的实现方式,在第十三种可能的实现方式中,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元所在的直线,具体是指:
所述第三微带天线单元的中心和所述第四微带天线单元的中心所在的直线。
本发明实施例第二方面提供了一种无线信号收发系统,包括:
信号收发器和如本发明实施例第一方面或第一方面的任一实现方式所述的天线,所述信号收发器用于通过所述天线收发信号。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
通过在单个天线阵列内配置两个微带天线单元,并使得两个微带天线单元的信号辐射强度在法线方向上抵消,在水平方向上叠加,从而可满足室内吸顶安装场景下对于天线信号辐射的方向性要求,需要说明的是,所述水平方向是天线的辐射信号扩散的方向,所述水平方向与天线的法线方向相垂直;而将两个这样的天线阵列在同一平面内成限定角度和限定距离排布,可使得两个天线阵列的水平覆盖区域进行互补,从而确保天线在水平方向的辐射均匀,可满足室内吸顶安装场景下对于天线辐射覆盖均匀,辐射无盲区的要求;而采用微带天线单元进行组阵,则可以大大减小天线的体积,利于无线信号收发系统的小型化设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明天线的第一实施例的结构示意图;
图2是本发明天线的第二实施例的结构示意图;
图3是本发明天线的第三实施例的结构示意图;
图4是本发明天线的第四实施例的结构示意图;
图5是本发明天线的第五实施例的结构示意图;
图6是本发明实施例无线信号收发系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参照图1,为本发明天线的第一实施例的组成示意图,可选地,所述天线为室内吸顶天线。当然,除了较常用的室内吸顶安装场景,在其他一些场景如空旷的室外,本发明实施例的天线同样可以使用,如可以用高杆支撑所述天线等。
在本实施例中,所述天线包括:
第一天线阵列和第二天线阵列,所述第一天线阵列包括第一微带天线单元和第二微带天线单元,所述第二天线阵列包括第三微带天线单元和第四微带天线单元;
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元工作在第一工作频段范围内,所述第一工作频段中心频率对应的波长为λ1,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距位于1/2λ1至λ1之间;
微带天线单元具备剖面低、可加工性好等优势,因此,使用微带天线单元进行组阵可大大节省整个天线的体积,利于天线的吸顶安装,同时因为减小了天线体积,因此可在天线内集成其他器件如信号收发器等,降低了天线的集成化设计难度。
但是单个微带天线单元的最大辐射方向垂直于微带天线单元的辐射模块,无法满足吸顶天线对法线方向增益要低的应用诉求。因此在本实施例中,可通过使用第一微带天线单元和第二微带天线单元进行配合,当这两个微带天线单元满足以下条件:馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同,两个微带天线单元均工作在第一工作频段范围内,所述第一工作频段中心频率对应的波长为λ1,两个微带天线单元的中心间距位于1/2λ1至λ1之间,则由这两个微带天线单元组成的天线阵列安装在天花板时,其信号辐射强度将在法线方向抵消,而在水平方向叠加,从而确保满足室内吸顶安装时对信号辐射方向的需求,同时也增大了天线的覆盖范围。需要说明的是,所述水平方向是天线的辐射信号扩散的方向,所述水平方向与天线的法线方向相垂直
值得注意的是,本发明实施例中所述的馈电幅度相等,并不限定所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度必须完全相同,不能有一分一毫的误差,作为本领域技术人员来说,应当理解的是,这里所说的“相等”在实际应用中是允许在合理的范围内进行变动的,并不是完全的、绝对的“相等”,此处对“馈电幅度相等”应以本领域技术人员的理解为准,不能仅根据字面含义就推测说本专利保护的仅限于这一点。同样的,所述的馈电相位差为180度,也仅仅是一种最优的表述,也不限于一定是180度,若刻意的将“馈电相位差”设置为170度或者190度,作为本领域技术人员,应当理解的是,这种刻意的规避也是限于本发明的保护范围内的。同样的,“工作频率相同”,也仅仅是一种最优的表述,并不限定说一定是相同的,对“工作频率相同”的理解应以本领域技术人员的解释为准。另外,本发明提供的技术方案还有很多类似的表述,比如“所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元所在的直线,之间的夹角为90度”、“所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,互相重合”以及“所述第一极化方向和所述第三极化方向相同,所述第二极化方向和所述第四极化方向相同”等,均应按照本领域技术人员的理解予以解释,不能因为权利要求中的文字描述是这样的,就仅仅按照文字的表面进行理解,而忽略了本领域的特性。
需要说明的是,在第一天线阵列中,为了使第一微带天线单元和第二微带天线单元的馈电幅度、相位、工作频率等符合条件,可以为第一微带天线单元和第二微带天线单元分别提供两路不同的信号,两路信号的幅度相同、频率相同,但相位相差180度即可,也可以为第一微带天线单元和第二微带天线单元提供同一路信号源,并在其中一个微带天线单元接收该信号源信号的支路上配置一个180°移相器,从而使得两个微带天线单元满足上述条件,当使用同一路信号源时,可减少信号源的数量,利于天线和信号收发器集成设计。
当使用180°移相器来调整相位时,可选地,所述第一天线阵列还包括第一180°移相器,第一信号源工作在所述第一工作频段范围内,所述第一信号源被分为相同的两路信号,
一路输出给所述第一微带天线单元,另一路通过所述第一180°移相器输出给所述第二微带天线单元;
以使所述第一信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
此外,本实施例中的天线单元可以是微带天线单元,也可以是其他体积较小的天线单元如贴片天线等,且满足信号辐射方向需求的天线阵列可以由两个天线单元组成,也可以由3个或以上的天线单元排布在同一直线上组成,例如当天线单元为3个时,只需要确保位于中间的天线单元的幅度是位于两端的天线单元的幅度的两倍,且中间的天线单元的相位与两端的天线单元的相位相差180度即可,而对于同一直线上排布的4个天线单元,其相位和幅度可根据现有技术,进行多样化的组合来实现整个天线阵列的信号辐射方向需求,此处不再赘述。当使用两个微带天线单元进行组阵时,结构简单,成本低廉,且天线体积较小。
所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元工作在第二工作频段范围内,所述第二工作频段中心频率对应的波长为λ2,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距位于1/2λ2至λ2之间;
第二天线阵列与第一天线阵列的组阵方式类似,此处不再赘述。
当然,对于相位调整的方式,第二天线阵列可以与第一天线阵列相同,也可以与第一天线阵列不同。当第二天线阵列也采用180°移相器来调整第三微带天线单元和第四微带天线单元之间的相位差时,可选地,所述第二天线阵列还包括第三180°移相器,第三信号源工作在所述第二工作频段范围内,所述第三信号源被分为相同的两路信号,
一路输出给所述第三微带天线单元,另一路通过所述第三180°移相器输出给所述第四微带天线单元;
以使所述第三信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
为了满足吸顶安装的各项需求,除了天线阵列内部需满足一定的构造要求之外,第一天线阵列和第二天线阵列的排布角度和排布距离同样对天线的性能有重大影响。
在排布角度方面,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元所在的直线,之间的夹角位于30度至150度之间,
其中,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,具体是指:
所述第一微带天线单元的中心和所述第二微带天线单元的中心所在的直线。
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,具体是指:
所述第一微带天线单元的中心和所述第二微带天线单元的中心所在的直线。
而排布距离方面,在所述λ1小于或者等于所述λ2的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ1的3倍;
在所述λ2小于或者等于所述λ1的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ2的3倍。
其中,λ1、λ2的值可以相同,也可以不同,当两者相同时,对于天线的调校将更加方便,也更利于天线信号覆盖的均匀度。
虽然一个天线阵列的信号辐射方向满足室内吸顶安装的信号辐射方向需求,但是由于其信号辐射的覆盖存在不圆度问题,例如,第一天线阵列中包括第一微带天线单元和第二微带天线单元,其在东方和西方可能辐射较强,而在南方和北方辐射较弱,因此存在一定的覆盖盲区,本实施例通过第一天线阵列和第二天线阵列两个阵列的相互配合,将两个天线阵列在同一平面内成30度至150度排布,并限定两个天线阵列的距离,这样两个天线阵列在水平方向上可以实现辐射较弱区域的互补,避免了增益过低区域即盲区的出现,信号覆盖区域更广,从而解决了天线的在水平方向的辐射存在不圆度的问题,最终确保整个天线在水平方向的辐射均匀,即在天线朝向地板的任意水平截面上,与天线距离相等的区域,接收到的信号强度相同,这样利于蜂窝建设时的组网,也利于对网络的整体布局和优化。
可选地,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元所在的直线,之间的夹角为90度。
当夹角为90度时,可充分发挥两个天线阵列覆盖范围的互补优势,确保不出现覆盖盲区。例如,第一天线阵列的辐射强区在东方和西方,而在南方和北方其信号辐射较弱,而第二天线阵列的辐射强区在南方和北方,其在东方和西方的信号辐射较弱,当将第一天线阵列和第二天线阵列成90度排布,且两者的距离满足上述波长的限定条件时,则整个天线的辐射将变得均匀,在所有方向的辐射都较强。
而在距离方面,可选地,在所述λ1小于或者等于所述λ2的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ1的2倍;
在所述λ2小于或者等于所述λ1的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ2的2倍。
当两者的距离进一步缩小时,可进一步避免出现辐射范围不圆度的问题,使得天线的辐射更加均匀。
请参照图2,为本发明天线的第二实施例的结构示意图,在本实施例中,
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元所在的直线,之间的夹角为90度。
且本实施例所述天线与图1所示天线的不同之处在于:
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元均为双极化微带天线单元,所述第一微带天线单元具有第一极化方向和第二极化方向,所述第二微带天线单元具有第三极化方向和第四极化方向,其中,所述第一极化方向和所述第三极化方向相同,所述第二极化方向和所述第四极化方向相同,
所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第一极化方向上的端口和所述第三极化方向上的端口,以使在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第一信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
或者,所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第二极化方向上的端口和所述第四极化方向上的端口,以使在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第一信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
所述第一天线阵列还包括第二180°移相器,第二信号源工作在所述第一工作频段范围内,所述第二信号源也被分为相同的两路信号,
在所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第一极化方向上的端口和所述第三极化方向上的端口的情况下,
所述第二信号源的两个输出端分别连接所述第二极化方向上的端口和所述第四极化方向上的端口,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第二极化方向上的端口之间,或者,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第四极化方向上的端口之间,以使在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第二信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
在所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第二极化方向上的端口和所述第四极化方向上的端口的情况下,
所述第二信号源的两个输出端分别连接所述第一极化方向上的端口和所述第三极化方向上的端口,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第一极化方向上的端口之间,或者,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第三极化方向上的端口之间,以使在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第二信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元均为双极化微带天线单元,所述第三微带天线单元具有第五极化方向和第六极化方向,所述第四微带天线单元具有第七极化方向和第八极化方向,其中,所述第五极化方向和所述第七极化方向相同,所述第六极化方向和所述第八极化方向相同,
所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第五极化方向上的端口和所述第七极化方向上的端口,以使在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第三信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
或者,所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第六极化方向上的端口和所述第八极化方向上的端口,以使在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第三信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
所述第二天线阵列还包括第四180°移相器,第四信号源工作在所述第二工作频段范围内,所述第四信号源也被分为相同的两路信号,
在所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第五极化方向上的端口和所述第七极化方向上的端口的情况下,
所述第四信号源的两个输出端分别连接所述第六极化方向上的端口和所述第八极化方向上的端口,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第六极化方向上的端口之间,或者,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第八极化方向上的端口之间,以使在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第四信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
在所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第六极化方向上的端口和所述第八极化方向上的端口的情况下,
所述第四信号源的两个输出端分别连接所述第五极化方向上的端口和所述第七极化方向上的端口,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第五极化方向上的端口之间,或者,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第七极化方向上的端口之间,以使在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第四信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
需要说明的是,在本实施例中,各个极化方向与各个信号源的连接必须匹配,否则将难以满足室内吸顶安装的各项要求。
通过使用双极化微带天线单元,并通过信号源、移相器和极化方向端口的配合,使得天线在满足室内吸顶安装需求的前提下,还能满足4收4发的信号收发需求,从而提升了信号通道数量,利于扩充数据通信容量,可满足未来海量数据通信业务的需求。
请参照图3,为本发明天线的第三实施例的结构示意图,在本实施例中,所述天线的组成部分与图2所示天线相同,其与图2所示天线的区别在于:
在本实施例中,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,互相重合。如图3所示,4个微带天线单元组成一个正方形,第一天线阵列包括处于对角线的第一微带天线单元和第二微带单元,第二天线阵列包括处于对角线的第三微带天线和第四微带单元。两个天线阵列进行交叉式排布。
这种排布方式相对于图2所示的排布方式,除了能满足室内吸顶安装的信号辐射方向需求以及信号覆盖的均匀性要求之外,天线阵列之间的组阵更加紧凑和规整,可进一步减小天线的体积,利于天线的小型化设计。
可选地,第一天线阵列和第二天线阵列还可以组成矩形或菱形,同样能得到良好的辐射效果和天线体积。
请参照图4,为本发明天线的第四实施例的结构示意图,在本实施例中,所述天线组成和线路排布均与图3所示的天线相同,其区别之处在于,本实施例中,增加了路径切换开关,可用于切换第一天线阵列和第二天线阵列的工作模式;其中,所述工作模式包括差波束工作模式以及和波束工作模式,在差波束工作模式下,两个天线阵列和的信号辐射强度在水平方向上叠加;在和波束模式下,两个天线阵列中所有的微带天线单元的信号辐射强度在法线方向上叠加。
路径切换开关具体可包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关。其中,第一切换开关设置在第三微带天线单元和第四微带天线单元的公共节点与第三信号源之间,第二切换开关设置在第一信号源和第二微带天线单元,以及第三信号源和第四微带天线单元的通路上,第三切换开关设置在第二信号源与第一微带天线单元,以及第四信号源与第四微带天线单元之间的通路上。
如图4所示,当第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关均切换至实线路径时,此时虚线路径断开,两个天线阵列工作于差波束模式下,其工作状态和图3所示天线相同;而当第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关均切换至虚线路径时,此时实线路径断开,两个天线阵列工作于和波束模式下,此时在法线方向上,信号辐射强度将进行叠加,信号辐射强度在此方向上大大加强,因此整个天线在和波束模式下具备很强的辐射定向性,适合挂墙安装场景,可大大提升天线挂墙安装时的辐射距离,通过工作模式的切换,从而使得天线辐射方向和强度可分别满足吸顶安装和挂壁安装的场景,提升了天线的适用性。
请参照图5,为本发明天线的第五实施例的结构示意图,在本实施例中,所述天线包括:
8个如图1-图4任意实施例所述的任意天线阵列;
8个天线阵列在同一平面内成预设夹角排布以使所述天线在水平方向的辐射均匀。
优选的,该预设夹角可以由360度除以天线阵列的个数得到,即,将8个天线阵列均匀排布。当然也可以根据个人经验或模拟仿真对8个天线阵列进行不规则排布,只需确保整个天线在水平方向的辐射无盲区,水平辐射图不存在不圆度问题即可。
每个天线阵列中均可以设置一个180°移相器。
当信号源可提供8收8发的信号收发能力时,结合图5所示天线,便可以构造一个8收8发的无线信号通讯系统,大大提升了信号通道数量及数据通信容量,可满足未来海量数据通信业务的需求。
请参照图6,为本发明实施例无线信号收发系统的结构示意图,无线信号收发系统可包括信号收发器和如图1至图5任一实施例所述的天线,所述信号收发器用于通过所述天线收发信号。
若所述信号收发器为2收2发信号收发器,则所述2收2发信号收发器的两个输入输出端口分别与所述两个天线阵列中每个天线阵列的输入输出端口连接。
如图6所示,为图3所示天线与信号收发器集成组成的无线信号收发系统,由于第一至微带天线单元均为双极化微带天线单元,因此,所述信号收发器为4收4发信号收发器,所述4收4发信号收发器中的两个输入输出端口分别第一天线阵列的两个输入输出端口连接,所述4收4发信号收发器中的另外两个输入输出端口分别与第二天线阵列的两个输入输出端口连接,从而实现4收4发的通讯需求。
当天线中的天线阵列数量为8个时,则所述信号收发器为8收8发信号收发器。8收8发信号收发器的8个输入输出端口分别于8个天线阵列的输入输出端口连接即可。需要说明的是,本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置实施例而言,由于其与方法实施例基本相似,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
通过上述实施例的描述,本发明具有以下优点:
通过在单个天线阵列内配置两个微带天线单元,并使得两个微带天线单元的信号辐射强度在法线方向上抵消,在水平方向上叠加,从而可满足室内吸顶安装场景下对于天线信号辐射的方向性要求;而将两个这样的天线阵列在同一平面内成限定角度和限定距离排布,可使得两个天线阵列的水平覆盖区域进行互补,从而确保天线在水平方向的辐射均匀,可满足室内吸顶安装场景下对于天线辐射覆盖均匀,辐射无盲区的要求;而采用微带天线单元进行组阵,则可以大大减小天线的体积,利于无线信号收发系统的小型化设计;将两个天线阵列进行交叉且中心重合的排布方式,阵列结构更加紧凑和规整,因此可进一步缩小天线的整体体积;而在信号收发器与天线阵列的连接通路上增加路径切换开关,可实现天线工作模式的切换,从而使得天线辐射方向和强度可分别满足吸顶安装和挂壁安装的场景,提升了天线适用性;在增多天线阵列的数量后,可集成更多输入输出端口的多收多发信号收发器,提升了信号通道数量,利于扩充数据通信容量,可满足未来海量数据通信业务的需求。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,简称ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory,简称RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (12)
1.一种天线,其特征在于,包括:
第一天线阵列和第二天线阵列,所述第一天线阵列包括第一微带天线单元和第二微带天线单元,所述第二天线阵列包括第三微带天线单元和第四微带天线单元;
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元工作在第一工作频段范围内,所述第一工作频段中心频率对应的波长为λ1,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距位于1/2λ1至λ1之间;
所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元工作在第二工作频段范围内,所述第二工作频段中心频率对应的波长为λ2,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距位于1/2λ2至λ2之间;
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元所在的直线,之间的夹角位于30度至150度之间,
在所述λ1小于或者等于所述λ2的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ1的3倍;
在所述λ2小于或者等于所述λ1的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ2的3倍;
所述第一天线阵列还包括第一180°移相器,第一信号源工作在所述第一工作频段范围内,所述第一信号源被分为相同的两路信号,
一路输出给所述第一微带天线单元,另一路通过所述第一180°移相器输出给所述第二微带天线单元;
以使所述第一信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同,
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元均为双极化微带天线单元,所述第一微带天线单元具有第一极化方向和第二极化方向,所述第二微带天线单元具有第三极化方向和第四极化方向,其中,所述第一极化方向和所述第三极化方向相同,所述第二极化方向和所述第四极化方向相同,
所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第一极化方向上的端口和所述第三极化方向上的端口,以使在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第一信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
或者,所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第二极化方向上的端口和所述第四极化方向上的端口,以使在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第一信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
2.如权利要求1所述的天线,其特征在于,所述天线为室内吸顶天线。
3.如权利要求1所述的天线,其特征在于,
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元所在的直线,之间的夹角为90度。
4.如权利要求1所述的天线,其特征在于,
在所述λ1小于或者等于所述λ2的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ1的2倍;
在所述λ2小于或者等于所述λ1的情况下,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,之间的距离大于或等于零且小于或等于所述λ2的2倍。
5.如权利要求3或4所述的天线,其特征在于,
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的中心间距的中点,与,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的中心间距的中点,互相重合。
6.如权利要求1所述的天线,其特征在于,所述第二天线阵列还包括第三180°移相器,第三信号源工作在所述第二工作频段范围内,所述第三信号源被分为相同的两路信号,
一路输出给所述第三微带天线单元,另一路通过所述第三180°移相器输出给所述第四微带天线单元;
以使所述第三信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
7.根据权利要求1所述的天线,其特征在于:
所述第一天线阵列还包括第二180°移相器,第二信号源工作在所述第一工作频段范围内,所述第二信号源也被分为相同的两路信号,
在所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第一极化方向上的端口和所述第三极化方向上的端口的情况下,
所述第二信号源的两个输出端分别连接所述第二极化方向上的端口和所述第四极化方向上的端口,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第二极化方向上的端口之间,或者,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第四极化方向上的端口之间,以使在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第二信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第二极化方向上或者在所述第四极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
在所述第一信号源的两个输出端分别连接所述第二极化方向上的端口和所述第四极化方向上的端口的情况下,
所述第二信号源的两个输出端分别连接所述第一极化方向上的端口和所述第三极化方向上的端口,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第一极化方向上的端口之间,或者,所述第二180°移相器位于所述第二信号源和所述第三极化方向上的端口之间,以使在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第二信号源向所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第一极化方向上或者在所述第三极化方向上,所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
8.根据权利要求6所述的天线,其特征在于:
所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元均为双极化微带天线单元,所述第三微带天线单元具有第五极化方向和第六极化方向,所述第四微带天线单元具有第七极化方向和第八极化方向,其中,所述第五极化方向和所述第七极化方向相同,所述第六极化方向和所述第八极化方向相同,
所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第五极化方向上的端口和所述第七极化方向上的端口,以使在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第三信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
或者,所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第六极化方向上的端口和所述第八极化方向上的端口,以使在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第三信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
9.根据权利要求8所述的天线,其特征在于:
所述第二天线阵列还包括第四180°移相器,第四信号源工作在所述第二工作频段范围内,所述第四信号源也被分为相同的两路信号,
在所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第五极化方向上的端口和所述第七极化方向上的端口的情况下,
所述第四信号源的两个输出端分别连接所述第六极化方向上的端口和所述第八极化方向上的端口,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第六极化方向上的端口之间,或者,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第八极化方向上的端口之间,以使在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第四信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第六极化方向上或者在所述第八极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同;
在所述第三信号源的两个输出端分别连接所述第六极化方向上的端口和所述第八极化方向上的端口的情况下,
所述第四信号源的两个输出端分别连接所述第五极化方向上的端口和所述第七极化方向上的端口,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第五极化方向上的端口之间,或者,所述第四180°移相器位于所述第四信号源和所述第七极化方向上的端口之间,以使在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第四信号源向所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元输入的信号大小相等、方向相反,进而使得在所述第五极化方向上或者在所述第七极化方向上,所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元的馈电幅度相等、馈电相位差为180度且工作频率相同。
10.如权利要求1所述的天线,其特征在于,
所述第一微带天线单元和所述第二微带天线单元所在的直线,具体是指:
所述第一微带天线单元的中心和所述第二微带天线单元的中心所在的直线。
11.如权利要求1所述的天线,其特征在于,
所述第三微带天线单元和所述第四微带天线单元所在的直线,具体是指:
所述第三微带天线单元的中心和所述第四微带天线单元的中心所在的直线。
12.一种无线信号收发系统,其特征在于,
包括信号收发器和如权利要求1至11任一项所述的天线,所述信号收发器用于通过所述天线收发信号。
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