CN106099335A - 一种低剖面全波段wlan‑mimo室内分布式天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正交或圆周分布辐射本体的低剖面全波段WLAN‑MIMO室内分布式天线，其天线由横向、纵向介质板、反射板、巴伦、以及采用覆铜技术制作的背条和振子构成。天线为高增益小型化可覆盖WLAN全频段的MIMO天线。本发明天线通过改变背条与振子的相对位置，及背条与振子耦合产生感应电容来调整超宽带天线的工作波段、天线增益、天线定向性等性能。通过调整天线单元间的距离和角度，实现了小型化，高隔离度，低相关系数，高增益的特点，符合现在无线通信的宽频段，数据容量大的需求。

Description

一种低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线
技术领域
本发明涉及一种适用于室内使用的MIMO天线，更特别地说，是指一种具有正交分布辐射本体或者圆周分布辐射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线。
背景技术
为了提高WLAN(无线局域网，Wireless Local Area Network)的吞吐量、传输距离以及可靠性，新一代无线局域网标准802.11n引入了MIMO(多输入多输出，Multiple-InputMultiple-Out)技术，而WLAN MIMO系统的实现不仅有赖于MIMO射频模块的设计，还有赖于负责上传下达功能的基站端MIMO天线的研制，其性能直接影响到整个WLAN MIMO系统的整体性能。因此，WLAN MIMO系统的推广应用，对其配套天线的研制提出了两个基本要求：一是天线能够满足WLAN MIMO系统的应用要求，能够利用最小的空间取得较好的分集增益和复用增益，并解决由此带来的天线间的耦合或隔离问题，二是天线制造成本较低，具大规模推广的潜力。
室内分布式天线系统(IDAS)通过多个天线将无线信号均匀地分布到室内的每个角落，实现信号的理想覆盖。为了减少多运营商多制式的重复建设，要求室分天线能够满足多制式的要求。目前，多模室分天线研究报道还较少，尤其是针对4G通信的天线设计较为匮乏。
在多输入多输出(MIMO)技术中，很少涉及天线阵列单元的种类、形式、布局等因素对天线相关性、容量的影响。
发明内容
为了实现WLAN-MIMO室内分布式天线具有小型化、高隔离度、大的信道容量，本发明设计了一种具有正交分布辐射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线、或者一种具有圆周分布辐射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线。
本发明设计的一种低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，通过调整正交分布辐射本体或圆周分布辐射本体的安装角度、相位差及距离，能够得到多种天线种类；且能够满足高隔离度、大的信道容量、小型化的需求。
本发明设计的一种低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，设置在介质板上下的多背条与多振子无需打孔，通过电磁耦合生成感应电容产生多个谐振点，使天线阻抗特性随频率的变化减小进而拓宽天线的频带。使得天线涵盖了现在常用的所有通信的无线制式业务，采用两个或三个辐射本体的多输入多输出天线，在满足数据量大的同时实现小型化，高增益，方向性稳定等优点且天线单元之间几乎无相互影响，耦合度和相关系数均满足要求，在无线通信方面有广泛的应用前景。
本发明低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的优点在于：
①多背条与振子构成的双层印刷天线是折合振子的变种，因此该天线具有折合振子的很多优良特性。特别是小的结构尺寸和超宽的工作频带，即小尺寸大频带天线得以实现，能够加工出单天线尺寸为80mm×80mm，正交分布辐射本体天线为180mm×100mm，圆周分布辐射本体天线为160mm×160mm，带宽为2GHz～6GHz，覆盖WLAN全部频段。
②在不增加带宽和功率的情况下，利用多径效应，提高处理的数据容量和数据传输速率。
③本发明设计的多背条加载构形对于向低频段拓宽天线的带宽有着明显的效果，对于天线的小型化有一定效果，且对天线辐射特性的影响较小，不会破坏天线的方向性。多背条加载在介质板的另一侧，无需打孔直接通过电磁耦合产生电容，形成多个谐振点。增加天线设计的自由度，减少设计时间，使加工更加简洁，并且可以批量的生产。
④纵向介质板高度即为低剖面双层印刷超宽带天线的高度，使本发明天线的体积大大缩小，不但有利于系统的集成，而且在移动通信中有很好的隐身性能。
⑤纵向介质板的上方设置横向介质板，纵向介质板的下方设置反射板，所述反射板能够使本发明天线具有很高的增益(8.2dB～10dB)和定向辐射特性。在保密性高的超宽带通信系统中有很好的应用前景。
⑥通过调整单天线间的角度和距离，天线间的距离为80mm，具有小型化的优点，调整天线单元间的角度实现极化隔离，具有低耦合度，低相关性的优点，隔离度为-25dB，同时满足现在通信高信道容量的需求。
⑦通过增加辐射天线单元，可以增加天线的波束宽度，双辐射单元的天线可以适用于拐角处，而三辐射单元的天线波束宽度几乎可以覆盖360度的范围，可适用于室内中心进行全方位的信号发射和接收。
附图说明
图1是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的正视图。
图1A是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的右视图。
图1B是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的左视图。
图1C是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的立体图。
图1D是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的另一视角立体图。
图1E是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线中辐射单元的结构图。
图1F是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的辐射单元的俯视图。
图1G是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的分解图。
图2是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线中的横向介质板的结构图。
图3是本发明纵向介质A板的结构图。
图3A是本发明纵向介质A板的另一视角结构图。
图4是本发明纵向介质B板的结构图。
图4A是本发明纵向介质B板的另一视角结构图。
图5A是实施例1构型天线的驻波系数性能图。
图5B是实施例1构型天线的增益性能图。
图5C是实施例1构型天线的辐射方向E面性能图。
图5D是实施例1构型天线的辐射方向H面性能图。
图5E是实施例1构型天线的S系数性能图。
图6是本发明辐射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的正视图。
图6A是本发明辐射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的右视图。
图6B是本发明辐射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的左视图。
图6C是本发明辐射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的俯视图。
图6D是本发明辐射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的立体图。
图6E是本发明辐射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的另一视角立体图。
图6F是本发明辐射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线中辐射单元的结构图。
图6G是本发明辐射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的辐射单元的俯视图。
图6H是本发明辐射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的分解图。
图7是本发明辐射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线中的第二横向介质板的结构图。
图8是本发明纵向介质C板的结构图。
图8A是本发明纵向介质C板的另一视角结构图。
图9是本发明纵向介质D板的结构图。
图9A是本发明纵向介质D板的另一视角结构图。
图10是本发明纵向介质E板的结构图。
图10A是本发明纵向介质E板的另一视角结构图。
图11A是实施例2构型天线的驻波系数性能图。
图11B是实施例2构型天线的增益性能图。
图11C是实施例2构型天线的辐射方向E面性能图。
图11D是实施例2构型天线的辐射方向H面性能图。
图11E是实施例2构型天线的S系数性能图。
1.第一横向介质板 1-1.上面板 1-2.下面板 1A.AA环形凹槽
1B.AB环形凹槽 1C.BA环形凹槽 1D.BB环形凹槽 1E.AA蝶形凹槽
1F.AB蝶形凹槽 1G.BA蝶形凹槽 1H.BB蝶形凹槽 2.AA巴伦
2-1.A面板 2-2.B面板 2-3.纵向介质A板 2A.AA锥形凹槽
2B.AB锥形凹槽 3.第一反射板 3A.A矩形孔 3B.B矩形孔
4.AB巴伦 4-1.A面板 4-2.B面板 4-3.纵向介质B板
4A.BA锥形凹槽 4B.BB锥形凹槽 11.AA背条 12.AB背条
13.BA背条 14.BB背条 15.AA振子 15A.AA半圆
15B.AA梯形 16.AB振子 17.BA振子 18.BB振子
21.AA梯形微带线 22.AB梯形微带线 41.BA梯形微带线 42.BB梯形微带线
5.第一支撑组件 6.BA巴伦 6-1.A面板 6-2.B面板
6-3.纵向介质C板 61.CA锥形凹槽 62.CB锥形凹槽 6A.CA梯形微带线
6B.CB梯形微带线 7.BB巴伦 7-1.A面板 7-2.B面板
7-3.纵向介质D板 71.DA锥形凹槽 72.DB锥形凹槽 7A.DA梯形微带线
7B.DB梯形微带线 8.BC巴伦 8-1.A面板 8-2.B面板
8-3.纵向介质E板 81.EA锥形凹槽 82.EB锥形凹槽 8A.EA梯形微带线
8B.EB梯形微带线 10.第二横向介质板 10-1.上面板 10-2.下面板
101A.CA环形凹槽 101B.CB环形凹槽 101C.CC环形凹槽 101D.CD环形凹槽
101E.CE环形凹槽 101F.CF环形凹槽 102A.CA蝶形凹槽 102B.CB蝶形凹槽
102C.CC蝶形凹槽 102D.CD蝶形凹槽 102E.CE蝶形凹槽 102F.CF蝶形凹槽
10A.CA背条 10B.CB背条 10C.CC背条 10D.CD背条
10E.CE背条 10F.CF背条 10G.CA振子 10G1.CA半圆
10G2.CA梯形 10H.CB振子 10I.CC振子 10J.CD振子
10K.CE振子 10L.CF振子 30A.BA矩形孔 30B.BB矩形孔
30.第二反射板 30C.BC矩形孔 50.第二支撑组件 100.AA辐射本体
200.AB辐射本体 300.BA辐射本体 400.BB辐射本体 500.BC辐射本体
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
正交室内分布式天线结构
参见图1、图1A、图1B、图1C、图1D、图1F、图1G所示，本发明设计了一种按着正交布局辐射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线(即至少存在有两个辐射本体)，其包括有第一横向介质板1、AA巴伦2、AB巴伦4、第一反射板3、第一支撑组件5、以及采用覆铜技术制作的背条(AA背条11、AB背条12、BA背条13和BB背条14的结构相同)和振子(AA振子15、AB振子16、BA振子17和BB振子18的结构相同)。AA巴伦2与AB巴伦4设置在第一横向介质板1与第一反射板3之间。第一支撑组件5设置在第一横向介质板1与第一反射板3之间的四角，用于支撑起第一横向介质板1。其中，AA巴伦2与AB巴伦4的结构相同，选用目前的常用巴伦设备即可实现，但是，在巴伦的介质板上制作的微带线是有改进的。
参见图1E所示，两个辐射本体是指由AA背条11、AB背条12、AA振子15、AB振子16和AA巴伦2构成的AA辐射本体100和由BA背条13、BB背条14、BA振子17、BB振子18和AB巴伦4构成AB的辐射本体200。
本发明设计的按着正交布局辐射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线为电磁耦合产生电容，无需在背条(AA背条11、AB背条12、BA背条13和BB背条14)上打孔。在背条与振子的结构配合下拓宽了频带，能够覆盖L波段和S波段。
第一横向介质板1
参见图1、图1A～图1D、图1F、图1G、图2所示，第一横向介质板1的上面板1-1上设有AA环形凹槽1A、AB环形凹槽1B、BA环形凹槽1C和BB环形凹槽1D；横向介质板1的下面板1-2上设有AA蝶形凹槽1E、AB蝶形凹槽1F、BA蝶形凹槽1G和BB蝶形凹槽1H。在本发明中，第一横向介质板1的上下面板上设计的凹槽构形是与背条、振子的构形相匹配的，这有利于通过覆铜技术来制作背条与振子。
AA环形凹槽1A用于制作AA背条11。即在AA环形凹槽1A内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AA环形凹槽1A构形相同的AA背条11。
AB环形凹槽1B用于制作AB背条12。即在AB环形凹槽1B内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AB环形凹槽1B构形相同的AB背条12。
BA环形凹槽1C用于制作BA背条13。即在BA环形凹槽1C内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BA环形凹槽1C构形相同的BA背条13。
BB环形凹槽1D用于制作BB背条14。即在BB环形凹槽1D内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BB环形凹槽1D构形相同的BB背条14。
AA蝶形凹槽1E用于制作AA振子15。即在AA蝶形凹槽1E内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AA蝶形凹槽1E构形相同的AA振子15。
AB蝶形凹槽1F用于制作AB振子16。即在AB蝶形凹槽1F内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AB蝶形凹槽1F构形相同的AB振子16。
BA蝶形凹槽1G用于制作BA振子17。即在BA蝶形凹槽1G内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BA蝶形凹槽1G构形相同的BA振子17。
BB蝶形凹槽1H用于制作BB振子18。即在BB蝶形凹槽1H内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BB蝶形凹槽1H构形相同的BB振子18。
在本发明中，第一横向介质板1采用介电常数为2.65的聚四氟乙烯玻璃纤维布制作。
在本发明中，参见图1F所示，第一横向介质板1的长记为E，宽记为D，且D＝(0.6～1)E。为了满足室内WLAN MIMO系统设计的最小空间取得较好的分集增益和复用增益，对第一横向介质板1的尺寸需要作限定。
背条与振子
参见图1、图1C～图1G所示，AA背条11、AB背条12、BA背条13和BB背条14的结构相同。AA振子15、AB振子16、BA振子17和BB振子18的结构相同。在本发明中，AA背条11与AB背条12共椭圆，AA振子15与AB振子16共圆，使得AA背条11、AB背条12、AA振子15和AB振子16共形的辐射中心点记为O1(如图1F所示)。同理，BA背条13与BB背条14共椭圆，BA振子17与BB振子18共圆，使得BA背条13、BB背条14、BA振子17和BB振子18共形的辐射中心点记为O2(如图1F所示)。把O1与O2的间距记为U，且U＝(10～11)L，L为振子构形中梯形的高。
参见图1F所示，AA背条11的覆铜宽度记为Ra，AA背条11的长半径记为R长，AA背条11的短半径记为R短，AA背条11与AB背条12的间距记为Rb。R长＝(4～4.5)L，R短＝(1.8～2.2)L，Ra＝(1～1.1)L，Rb＝(1.5～1.8)L。
参见图1F所示，所述振子的构形为半圆形和梯形组成。即AA振子15由AA半圆15A和AA梯形15B构成(如图1G所示)，所述AA半圆15A的半径记为R(所述R也是AA梯形15B的下底宽)，AA梯形15B的高记为L，AA梯形15B的上底宽记为w；AA振子15与AB振子16的间距记为g。则有：L＝(0.4～0.6)R，g＝(0.1～0.12)L，w＝(0.2～0.3)L。
AA巴伦2中的纵向介质A板2-3
参见图1、图1C、图1D、图1E、图1G、图3、图3A所示，AA巴伦2的纵向介质A板2-3的A面板2-1上设有AA锥形凹槽2A(如图3所示)；纵向介质A板2-3的B面板2-2上设有AB锥形凹槽2B(如图3A所示)。AA锥形凹槽2A与AB锥形凹槽2B的结构不同。
AA锥形凹槽2A用于制作AA梯形微带线21。即在AA锥形凹槽2A内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AA锥形凹槽2A构形相同的AA梯形微带线21(如图1G所示)。
AB锥形凹槽2B用于制作AB梯形微带线22。即在AB锥形凹槽2B内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AB锥形凹槽2B构形相同的AB梯形微带线22(如图1G所示)。
AB巴伦中的纵向介质B板4-3
参见图1、图1C、图1D、图1E、图1G、图4、图4A所示，AB巴伦4的纵向介质B板4-3的A面板4-1上设有BA锥形凹槽4A(如图4所示)；纵向介质B板4-3的B面板4-2上设有BB锥形凹槽4B(如图4A所示)。BA锥形凹槽4A与BB锥形凹槽4B的结构不同。
BA锥形凹槽4A用于制作BA梯形微带线41。即在BA锥形凹槽4A内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BA锥形凹槽4A构形相同的BA梯形微带线41(如图1G所示)。
BB锥形凹槽4B用于制作BB梯形微带线42。即在BB锥形凹槽4B内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BB锥形凹槽4B构形相同的BB梯形微带线42(如图1G所示)。
第一反射板3
参见图1、图1A～图1D、图1G所示，第一反射板3上设有A矩形孔3A和B矩形孔3B；A矩形孔3A用于AA巴伦2穿过，且AA巴伦2固定在A矩形孔3A处；B矩形孔3B用于AB巴伦4穿过，且AB巴伦4固定在B矩形孔3B处。
第一支撑组件5
参见图1、图1A～图1D、图1G所示，第一支撑组件5包括有四个两端带螺纹的支撑柱和用于与第一横向介质板1和第一反射板3固定的螺母。第一横向介质板1的四个角上设有上通孔，第一反射板3的四个角上设有下通孔，将支撑柱的一端穿过第一横向介质板1的上通孔，支撑柱的另一端穿过第一反射板3的下通孔，然后在支撑柱的两端分别螺纹连接上螺母，则实现了通过第一支撑组件5将第一横向介质板1与第一反射板3的固定安装。第一支撑组件5选用铜材料制作。
参见图1、图1C、图1D所示设计的至少存在有两个辐射本体按着正交分布布局的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，是通过在第一横向介质板1的上面板1-1和下面板1-2上设置不同的背条和振子来实现2GHZ～6GHZ的频段覆盖，增益为8dB～10dB，方向图性能好的小型化定向辐射超宽带天线。通过调整两个辐射本体的距离(即O1与O2的间距U)和角度(两个辐射本体相互垂直)，使它们相位差90度、距离U为80mm。90度的相位差使天线单元间实现极化隔离，隔离度低于－25dB，反射系数低于－10dB，低相关系数，高信道容量兼具小型化的MIMO天线。
实施例1
为了验证如图1、图1C、图1D所示设计的至少存在有两个辐射本体按着正交分布布局的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，天线具体尺寸设定为：
第一横向介质板1的长E＝160mm，第一横向介质板1的宽D＝100mm；
辐射中心点的间距U＝80mm；
第一横向介质板1与第一反射板3之间的间距为20mm；
背条的长半径R长＝32mm，背条的短半径R短＝15.2mm，背条的覆铜宽度Ra＝8mm，两个背条的间距Rb＝13mm；
振子构形中半圆的半径R＝14mm，振子构形中梯形的上底宽w＝1.9mm，半径振子构形中梯形的高L＝7.6mm，两个振子的间距g＝0.8mm。
依据实施例1设计的尺寸构型得到天线，天线的一端口记为P1，天线的另一端口记为P2，通过仿真测得驻波系数性能如图5A所示，该天线在2GHz～6GHz的频率范围内，阻抗匹配效果更好，其驻波系数更低小于1.8，这主要得益于实施例1天线结构的设计以及剖面高度的选择。
对实施例1构型天线通过仿真测得增益性能如图5B所示，该天线在5GHz处增益达到10.5dB，在频段2GHz～6GHz范围内，增益大于8.5dB。说明实施例1天线能够产生更高的辐射增益，使得能够工作于S波段和L波段，并且该天线的倍频频带宽度可达2。
对实施例1构型天线通过仿真测得辐射方向性能如图5C、图5D所示，该天线在2GHz～6GHz频率范围内，有很好的定性辐射特性。该天线在H面的方向性的全向性更好。该天线在E面和H面方向性良好，未出现裂瓣，增益稳定。
实施例1构型天线能够覆盖2G到6G的频段，覆盖了WLAN全波段，适用范围广泛避免了由于无线制式服务多而带来的天线重复覆盖的问题。如图5E所示两个辐射天线单元间，相差90度距离为80mm，使天线单元间实现极化隔离，隔离度低于-25dB，反射系数低于-10dB，低相关系数。MIMO天线的设计同时满足了现代无线通信大数据量的要求。
在本发明中，通过实施例1的天线构型的方式，能够毫无疑问的得到2的倍数正交分布辐射本体的天线结构。如四个、六个、八个等辐射本体为正交分布的天线结构。
圆周室内分布式天线结构
参见图6、图6C、图6D、图6E、图6G、图6H所示，本发明设计了另一种按着圆周分布布局辐射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线(即至少存在有三个辐射本体)，其包括有第二横向介质板10、BA巴伦6、BB巴伦7、BC巴伦8、第二反射板30、第二支撑组件50、以及采用覆铜技术制作的背条(CA背条10A、CB背条10B、CC背条10C、CD背条10D、CE背条10E和CF背条10F的结构相同)和振子(CA振子10G、CB振子10H、CC振子10I、CD振子10J、CE振子10K和CF振子10L的结构相同)。其中，BA巴伦6、BB巴伦7和BC巴伦8的结构相同，选用目前的常用巴伦设备即可实现，但是，在巴伦的介质板上制作的微带线是有改进的。BA巴伦6、BB巴伦7和BC巴伦8设置在第二横向介质板10与第二反射板30之间。第二支撑组件50设置在第二横向介质板10与第二反射板30之间的四角，用于支撑起第二横向介质板10。
参见图6F所示，三个辐射本体是指由CA背条10A、CB背条10B、CA振子10G、CB振子10H和BA巴伦6构成的BA辐射本体300、由CC背条10C、CD背条10D、CC振子10I、CD振子10J和BB巴伦7构成的BB辐射本体400和由CE背条10E、CF背条10F、CE振子10K、CF振子10L和BC巴伦8构成的BC辐射本体500。
本发明设计的按着圆周布局辐射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线为电磁耦合产生电容，无需在背条(CA背条10A、CB背条10B、CC背条10C、CD背条10D、CE背条10E和CF背条10F)上打孔。在背条与振子的结构配合下拓宽了频带，能够覆盖L波段和S波段。
第二横向介质板10
参见图6、图6A～图6C、图6E、图6H、图7所示，第二横向介质板10的上面板10-1上设有CA环形凹槽101A、CB环形凹槽101B、CC环形凹槽101C、CD环形凹槽101D、CE环形凹槽101E和CF环形凹槽101F；第二横向介质板10的下面板10-2上设有CA蝶形凹槽102A、CB蝶形凹槽102B、CC蝶形凹槽102C、CD蝶形凹槽102D、CE蝶形凹槽102E和CF蝶形凹槽102F。在本发明中，第二横向介质板10的上下面板上设计的凹槽构形是与背条、振子的构形相匹配的，这有利于通过覆铜技术来制作背条与振子。
CA环形凹槽101A用于制作CA背条10A。即在CA环形凹槽101A内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CA环形凹槽101A构形相同的CA背条10A。
CB环形凹槽101B用于制作CB背条10B。即在CB环形凹槽101B内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CB环形凹槽101B构形相同的CB背条10B。
CC环形凹槽101C用于制作CC背条10C。即在CC环形凹槽101C内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CC环形凹槽101C构形相同的CC背条10C。
CD环形凹槽101D用于制作CD背条10D。即在CD环形凹槽101D内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CD环形凹槽101D构形相同的CD背条10D。
CE环形凹槽101E用于制作CE背条10E。即在CE环形凹槽101E内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CE环形凹槽101E构形相同的CE背条10E。
CF环形凹槽101F用于制作CF背条10F。即在CF环形凹槽101F内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CF环形凹槽101F构形相同的CF背条10F。
CA蝶形凹槽102A用于制作CA振子10G。即在CA蝶形凹槽102A内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CA蝶形凹槽102A构形相同的CA振子10G。
CB蝶形凹槽102B用于制作CB振子10H。即在CB蝶形凹槽102B内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CB蝶形凹槽102B构形相同的CB振子10H。
CC蝶形凹槽102C用于制作CC振子10I。即在CC蝶形凹槽102C内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CC蝶形凹槽102C构形相同的CC振子10I。
CD蝶形凹槽102D用于制作CD振子10J。即在CD蝶形凹槽102D内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CD蝶形凹槽102D构形相同的CD振子10J。
CE蝶形凹槽102E用于制作CE振子10K。即在CE蝶形凹槽102E内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CE蝶形凹槽102E构形相同的CD振子10K。
CF蝶形凹槽102F用于制作CF振子10L。即在CF蝶形凹槽102F内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CF蝶形凹槽102F构形相同的CF振子10L。
在本发明中，第二横向介质板10采用介电常数为2.65的聚四氟乙烯玻璃纤维布制作。
在本发明中，参见图6C、图6E所示，第二横向介质板10的长记为E，宽记为D，且D＝(0.6～1)E。为了满足室内WLAN MIMO系统设计的最小空间取得较好的分集增益和复用增益，对第一横向介质板1的尺寸需要作限定。
背条与振子
参见图6、图6C～图6H所示，CA背条10A、CB背条10B、CC背条10C、CD背条10D、CE背条10E和CF背条10F的结构相同。CA振子10G、CB振子10H、CC振子10I、CD振子10J、CE振子10K和CF振子10L的结构相同。在本发明中，CA背条10A与CB背条10B共椭圆，CA振子10G与CB振子10H共圆，使得CA背条10A、CB背条10B、CA振子10G和CB振子10H共形的辐射中心点记为O3(如图6G所示)。同理，CC背条10C与CD背条10D共椭圆，CC振子10I与CD振子10J共圆，使得CC背条10C、CD背条10D、CC振子10I和CD振子10J共形的辐射中心点记为O4(如图6G所示)。CE背条10E与CF背条10F共椭圆，CE振子10K与CF振子10L共圆，使得CE背条10E、CF背条10F、CE振子10K和CF振子10L共形的辐射中心点记为O5(如图6G所示)。由于三个辐射本体共圆，故O3与O4的间距、O3与O5的间距和O4与O5的间距是相等的，记为U，且U＝(10～11)L，L为振子构形中梯形的高。
参见图6G所示，CA背条10A的覆铜宽度记为Ra，CA背条10A的长半径记为R长，CA背条10A的短半径记为R短，CA背条10A与CB背条10B的间距记为Rb。R长＝(4～4.5)L，R短＝(1.8～2.2)L，Ra＝(1～1.1)L，Rb＝(1.5～1.8)L。
参见图6H所示，所述振子的构形为半圆形和梯形组成。CA振子10G由CA半圆10G1和CA梯形10G2构成(如图6H所示)，所述CA半圆10G1的半径记为R(所述R也是CA梯形10G2的下底宽)，CA梯形10G2的高记为L，CA梯形10G2的上底宽记为w；CA振子10G2与CB振子10H的间距记为g。则有：L＝(0.4～0.6)R，g＝(0.1～0.12)L，w＝(0.2～0.3)L。
BA巴伦6中的纵向介质C板6-3
参见图6、图6A～图6D、图6F、图6H、图8、图8A所示，CA巴伦6的纵向介质C板6-3的A面板6-1上设有CA锥形凹槽61(如图8所示)；纵向介质C板6-3的B面板6-2上设有CB锥形凹槽62(如图8A所示)。CA锥形凹槽61与CB锥形凹槽62的结构不同。
CA锥形凹槽61用于制作CA梯形微带线6A。即在CA锥形凹槽61内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CA锥形凹槽61构形相同的CA梯形微带线6A(如图6H所示)。
CB锥形凹槽62用于制作CB梯形微带线6B。即在CB锥形凹槽62内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CB锥形凹槽62构形相同的CB梯形微带线6B(如图6H所示)。
BB巴伦7中的纵向介质D板7-3
参见图6、图6A～图6D、图6F、图6H、图9、图9A所示，BB巴伦7的纵向介质D板7-3的A面板7-1上设有DA锥形凹槽71(如图9所示)；纵向介质D板7-3的B面板7-2上设有DB锥形凹槽72(如图9A所示)。DA锥形凹槽71与DB锥形凹槽72的结构不同。
DA锥形凹槽71用于制作DA梯形微带线7A。即在DA锥形凹槽71内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述DA锥形凹槽71构形相同的DA梯形微带线7A(如图6H所示)。
DB锥形凹槽72用于制作DB梯形微带线7B。即在DB锥形凹槽72内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述DB锥形凹槽72构形相同的DB梯形微带线7B(如图6H所示)。
BC巴伦8中的纵向介质E板8-3
参见图6、图6A～图6D、图6F、图6H、图10、图10A所示，BC巴伦8的纵向介质E板8-3的A面板8-1上设有EA锥形凹槽81(如图10所示)；纵向介质E板8-3的B面板8-2上设有EB锥形凹槽82(如图10A所示)。EA锥形凹槽81与EB锥形凹槽82的结构不同。
EA锥形凹槽81用于制作EA梯形微带线8A。即在EA锥形凹槽81内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述EA锥形凹槽81构形相同的EA梯形微带线8A(如图6H所示)。
EB锥形凹槽82用于制作EB梯形微带线8B。即在EB锥形凹槽82内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述EB锥形凹槽82构形相同的EB梯形微带线8B(如图6H所示)。
第二反射板30
参见图6、图6A～图6E、图6H所示，第二反射板30上设有BA矩形孔30A、BB矩形孔30B和BC矩形孔30C；BA矩形孔30A用于BA巴伦6穿过，且BA巴伦6固定在BA矩形孔30A处；BB矩形孔30B用于BB巴伦7穿过，且BB巴伦7固定在BB矩形孔30B处；BC矩形孔30C用于BC巴伦8穿过，且BC巴伦8固定在BC矩形孔30C处。
第二支撑组件50
参见图6、图6A～图6D、图6H所示，第二支撑组件50包括有四个两端带螺纹的支撑柱和用于与第二横向介质板10和第二反射板30固定的螺母。第二横向介质板10的四个角上设有上通孔，第二反射板30的四个角上设有下通孔，将支撑柱的一端穿过第二横向介质板10的上通孔，支撑柱的另一端穿过第二反射板30的下通孔，然后在支撑柱的两端分别螺纹连接上螺母，则实现了通过第二支撑组件50将第二横向介质板10与第二反射板30的固定安装。第二支撑组件50选用铜材料制作。
参见图6、图6C、图6D所示设计的至少存在有三个辐射本体按着圆周分布布局的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，是通过在第二横向介质板10的上面板10-1和下面板10-2上设置不同的背条和振子来实现2GHZ～6GHZ的频段覆盖，增益为8dB～10dB，方向图性能好的小型化定向辐射超宽带天线。通过调整两个辐射本体的距离U(即O3与O4的间距、O3与O5的间距和O4与O5的间距是相等的)和角度(三个辐射本体圆周分布，即与中心点O0呈60度)，使它们相位差90度、距离U为80mm。90度的相位差使天线单元间实现极化隔离，隔离度低于－25dB，反射系数低于－10dB，低相关系数，高信道容量兼具小型化的MIMO天线。
实施例2
为了验证如图6、图6C所示设计的至少存在有三个辐射本体按着圆周分布布局的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，天线具体尺寸设定为：
第二横向介质板10的长E＝160mm，第二横向介质板10的宽D＝160mm；
辐射中心点的间距U＝80mm；
第二横向介质板10与第二反射板30之间的间距为20mm；
背条的长半径R长＝32mm，背条的短半径R短＝15.2mm，背条的覆铜宽度Ra＝8mm，两个背条的间距Rb＝13mm；
振子构形中半圆的半径R＝14mm，振子构形中梯形的上底宽w＝1.9mm，半径振子构形中梯形的高L＝7.6mm，两个振子的间距g＝0.8mm。
依据实施例2设计的尺寸构型得到天线，天线有3个端口，分别记为P1、P2和P3，通过仿真测得驻波系数性能如图11A所示，该天线在2GHz～6GHz的频率范围内，其驻波系数小于1.8，这主要得益于天线形式的设计以及剖面高度的选择。
对实施例2构型天线通过仿真测得增益性能如图11B所示，该天线在5GHz处增益达到10.5dB，在频段2GHz～6GHz范围内，增益大于8.5dB。这说明实施例2天线能够产生更高的辐射增益，使得能够工作于S波段和L波段，并且该天线的倍频频带宽度可达2。
对实施例2构型天线通过仿真测得辐射方向性能如图11C、图11D所示，该天线在2GHz～6GHz频率范围内，有很好的定性辐射特性。该天线在H面的方向性的全向性更好。该天线在E面和H面方向性良好，未出现裂瓣，增益稳定。
实施例2构型天线能够覆盖2G到6G的频段，覆盖了WLAN全波段，适用范围广泛避免了由于无线制式服务多而带来的天线重复覆盖的问题。如图11E所示三个辐射天线单元间，相差120度的排列，使得MIMO天线几乎覆盖了360度，覆盖性良好。80mm的间距，使天线单元间隔离度低于-25dB,反射系数低于-10dB，低相关系数。MIMO天线的设计同时满足了现代无线通信大数据量的要求。
在本发明中，通过实施例2的天线构型的方式，能够毫无疑问的得到3的倍数圆周分布辐射本体的天线结构。如六个、九个、一十二个等辐射本体为圆周分布的天线结构。
本发明以拓宽天线频带宽度和信道容量的设计方法，获得了以正交分布或圆周分布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线。本发明低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线能够实现现在无线通信数据量大和无线制式服务多的技术问题。通过在蝶形振子的背面加载两个椭圆环，实现频带拓宽的同时保持小型化的特点，定向的辐射使天线具有高增益。将两个或三个辐射本体进行适当角度和最小间距的排布，多输入多输出的技术手段，达到高信道容量的技术效果。

Claims (8)

1.一种正交分布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，天线上设有巴伦、横向介质板、反射板和支撑组件；其特征在于：天线还设有采用覆铜技术制作的背条和振子；
所述背条是指结构相同的AA背条(11)、AB背条(12)、BA背条(13)和BB背条(14)；AA背条(11)与AB背条(12)共椭圆；BA背条(13)与BB背条(14)共椭圆；
所述振子是指结构相同的AA振子(15)、AB振子(16)、BA振子(17)和BB振子(18)；，AA振子(15)与AB振子(16)共圆；BA振子(17)与BB振子(18)共圆；所述振子构形为半圆和梯形组成；
所述巴伦是指结构相同的AA巴伦(2)与AB巴伦(4)；
由AA背条(11)、AB背条(12)、AA振子(15)、AB振子(16)和AA巴伦(2)构成的AA辐射本体(100)；由BA背条(13)、BB背条(14)、BA振子(17)、BB振子(18)和AB巴伦(4)构成AB的辐射本体(200)；
AA巴伦(2)与AB巴伦(4)设置在第一横向介质板(1)与第一反射板(3)之间；第一支撑组件(5)设置在第一横向介质板(1)与第一反射板(3)之间的四角，用于支撑起第一横向介质板(1)；
第一横向介质板(1)的上面板(1-1)上设有AA环形凹槽(1A)、AB环形凹槽(1B)、BA环形凹槽(1C)和BB环形凹槽(1D)；横向介质板(1)的下面板(1-2)上设有AA蝶形凹槽(1E)、AB蝶形凹槽(1F)、BA蝶形凹槽(1G)和BB蝶形凹槽(1H)；
在AA环形凹槽(1A)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AA环形凹槽(1A)构形相同的AA背条(11)；在AB环形凹槽(1B)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AB环形凹槽(1B)构形相同的AB背条(12)；在BA环形凹槽(1C)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BA环形凹槽1C构形相同的BA背条(13)；在BB环形凹槽(1D)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BB环形凹槽1D构形相同的BB背条(14)；在AA蝶形凹槽(1E)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AA蝶形凹槽1E构形相同的AA振子(15)；在AB蝶形凹槽(1F)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AB蝶形凹槽1F构形相同的AB振子(16)；在BA蝶形凹槽(1G)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BA蝶形凹槽1G构形相同的BA振子(17)；在BB蝶形凹槽(1H)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BB蝶形凹槽1H构形相同的BB振子(18)；
AA巴伦(2)的纵向介质A板(2-3)的A面板(2-1)上设有AA锥形凹槽(2A)；纵向介质A板(2-3)的B面板(2-2)上设有AB锥形凹槽(2B)；在AA锥形凹槽(2A)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AA锥形凹槽(2A)构形相同的AA梯形微带线(21)；在AB锥形凹槽(2B)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AB锥形凹槽(2B)构形相同的AB梯形微带线(22)；
AB巴伦(4)的纵向介质B板(4-3)的A面板(4-1)上设有BA锥形凹槽(4A)；纵向介质B板(4-3)的B面板(4-2)上设有BB锥形凹槽(4B)；在BA锥形凹槽(4A)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BA锥形凹槽(4A)构形相同的BA梯形微带线(41)；在BB锥形凹槽(4B)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BB锥形凹槽(4B)构形相同的BB梯形微带线(42)；
第一反射板(3)上设有A矩形孔(3A)和B矩形孔(3B)；A矩形孔(3A)用于AA巴伦(2)穿过，且AA巴伦(2)固定在A矩形孔(3A)处；B矩形孔(3B)用于AB巴伦(4)穿过，且AB巴伦(4)固定在B矩形孔(3B)处；
第一支撑组件(5)包括有四个两端带螺纹的支撑柱和用于与第一横向介质板(1)和第一反射板(3)固定的螺母。
2.一种圆周分布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，天线上设有巴伦、横向介质板、反射板和支撑组件；其特征在于：天线还设有采用覆铜技术制作的背条和振子；
所述背条是指结构相同的CA背条(10A)、CB背条(10B)、CC背条(10C)、CD背条(10D)、CE背条(10E)和CF背条(10F)；CA背条(10A)与CB背条(10B)共椭圆；CC背条(10C)与CD背条(10D)共椭圆；CE背条(10E)与CF背条(10F)共椭圆；
所述振子是指结构相同的CA振子(10G)、CB振子(10H)、CC振子(10I)、CD振子(10J)、CE振子(10K)和CF振子(10L)；CA振子(10G)与CB振子(10H)共圆；CC振子(10I)与CD振子(10J)共圆；CE振子(10K)与CF振子(10L)共圆；所述振子构形为半圆和梯形组成；
所述巴伦是指结构相同的BA巴伦(6)、BB巴伦(7)和BC巴伦(8)；
由CA背条(10A)、CB背条(10B)、CA振子(10G)、CB振子(10H)和BA巴伦(6)构成的BA辐射本体(300)；由CC背条(10C)、CD背条(10D)、CC振子(10I)、CD振子(10J)和BB巴伦(7)构成的BB辐射本体(400)；由CE背条(10E)、CF背条(10F)、CE振子(10K)、CF振子(10L)和BC巴伦(8)构成的BC辐射本体(500)；
BA巴伦(6)、BB巴伦(7)和BC巴伦(8)设置在第二横向介质板(10)与第二反射板(30)之间；第二支撑组件(50)设置在第二横向介质板(10)与第二反射板(30)之间的四角，用于支撑起第二横向介质板(10)；
第二横向介质板(10)的上面板(10-1)上设有CA环形凹槽(101A)、CB环形凹槽(101B)、CC环形凹槽(101C)、CD环形凹槽(101D)、CE环形凹槽(101E)和CF环形凹槽(101F)；第二横向介质板(10)的下面板(10-2)上设有CA蝶形凹槽(102A)、CB蝶形凹槽(102B)、CC蝶形凹槽(102C)、CD蝶形凹槽(102D)、CE蝶形凹槽(102E)和CF蝶形凹槽(102F)；在CA环形凹槽(101A)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CA环形凹槽(101A)构形相同的CA背条(10A)；在CB环形凹槽(101B)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CB环形凹槽(101B)构形相同的CB背条(10B)；在CC环形凹槽(101C)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CC环形凹槽(101C)构形相同的CC背条(10C)；在CD环形凹槽(101D)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CD环形凹槽(101D)构形相同的CD背条(10D)；在CE环形凹槽(101E)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CE环形凹槽(101E)构形相同的CE背条(10E)；在CF环形凹槽(101F)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CF环形凹槽(101F)构形相同的CF背条(10F)；在CA蝶形凹槽(102A)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CA蝶形凹槽(102A)构形相同的CA振子(10G)；在CB蝶形凹槽(102B)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CB蝶形凹槽(102B)构形相同的CB振子(10H)；在CC蝶形凹槽(102C)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CC蝶形凹槽(102C)构形相同的CC振子(10I)；在CD蝶形凹槽(102D)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CD蝶形凹槽(102D)构形相同的CD振子(10J)；在CE蝶形凹槽(102E)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CE蝶形凹槽(102E)构形相同的CD振子(10K)；在CF蝶形凹槽(102F)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CF蝶形凹槽(102F)构形相同的CF振子(10L)；
CA巴伦(6)的纵向介质C板(6-3)的A面板(6-1)上设有CA锥形凹槽(61)；纵向介质C板(6-3)的B面板(6-2)上设有CB锥形凹槽(62)；在CA锥形凹槽(61)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CA锥形凹槽(61)构形相同的CA梯形微带线(6A)；在CB锥形凹槽(62)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CB锥形凹槽(62)构形相同的CB梯形微带线(6B)；
BB巴伦(7)的纵向介质D板(7-3)的A面板(7-1)上设有DA锥形凹槽(71)；纵向介质D板(7-3)的B面板(7-2)上设有DB锥形凹槽(72)；在DA锥形凹槽(71)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述DA锥形凹槽(71)构形相同的DA梯形微带线(7A)；在DB锥形凹槽(72)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述DB锥形凹槽(72)构形相同的DB梯形微带线(7B)；
BC巴伦(8)的纵向介质E板(8-3)的A面板(8-1)上设有EA锥形凹槽(81)；纵向介质E板(8-3)的B面板(8-2)上设有EB锥形凹槽(82)；在EA锥形凹槽(81)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述EA锥形凹槽(81)构形相同的EA梯形微带线(8A)；在EB锥形凹槽(82)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述EB锥形凹槽(82)构形相同的EB梯形微带线(8B)；
第二反射板(30)上设有BA矩形孔(30A)、BB矩形孔(30B)和BC矩形孔(30C)；BA矩形孔(30A)用于BA巴伦(6)穿过，且BA巴伦(6)固定在BA矩形孔(30A)处；BB矩形孔(30B)用于BB巴伦(7)穿过，且BB巴伦(7)固定在BB矩形孔(30B)处；BC矩形孔(30C)用于BC巴伦(8)穿过，且BC巴伦(8)固定在BC矩形孔(30C)处；
第二支撑组件(50)包括有四个两端带螺纹的支撑柱和用于与第二横向介质板(10)和第二反射板(30)固定的螺母。
3.根据权利要求1或2所述的一种低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，其特征在于天线结构尺寸满足：
R长＝(4～4.5)L，R短＝(1.8～2.2)L，Ra＝(1～1.1)L，Rb＝(1.5～1.8)L，L＝(0.4～0.6)R，g＝(0.1～0.12)L，w＝(0.2～0.3)L，D＝(0.6～1)E，U＝(10～11)L；
E表示第一横向介质板(1)的长；
D表示第一横向介质板(1)的宽；
U表示两个辐射中心点之间的间距；
R长表示背条的长半径；
R短表示背条的短半径；
Ra表示背条的覆铜宽度；
Rb表示两背条之间的间距；
L表示振子中梯形的高；
R表示振子中半圆的半径；
w表示振子中梯形的上底宽；
g表示两振子之间的间距。
4.根据权利要求1或2所述的一种低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，其特征在于：天线为电磁耦合产生电容，无需在背条上打孔。
5.根据权利要求1或2所述的一种低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，其特征在于：天线隔离度低于－25dB，反射系数低于－10dB。
6.根据权利要求1或2所述的一种低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，其特征在于：第一横向介质板(1)和第二横向介质板(10)采用介电常数为2.65的聚四氟乙烯玻璃纤维布制作。
7.根据权利要求1所述的一种低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，其特征在于：天线中的辐射本体按着2的倍数正交分布，能够得到如四个、六个、八个等辐射本体为正交分布的天线结构。
8.根据权利要求2所述的一种低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线，其特征在于：天线中的辐射本体按着3的倍数圆周分布，能够得到如六个、九个、一十二个等辐射本体为圆周分布的天线结构。
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