CN106941211A - 多馈电天线辐射单元、mimo多天线系统及其制作方法 - Google Patents

Abstract

多馈电天线辐射单元、MIMO多天线系统及其制作方法。一种辐射方向性可调整的多馈电天线辐射单元，包括：片状辐射体；多个馈电引脚和与其成对的接地引脚，在所述片状辐射体上的多个馈电点处分别为片状辐射体馈电；其中所述多个馈电点的位置确定成调整所述天线辐射单元的辐射方向性，从而消除外来影响。一种用于调整天线辐射单元的辐射方向性的方法，包括：在天线辐射单元的片状辐射体上的多个馈电点处，用多个馈电引脚和与其成对的接地引脚来分别为片状辐射体馈电，其中通过调整所述片状辐射体上的多个馈电点的位置来调整所述天线辐射单元的辐射方向性，从而消除外来影响。

Description

多馈电天线辐射单元、MIMO多天线系统及其制作方法

技术领域

本申请涉及一种多馈电天线辐射单元、MIMO多天线系统及其制作方法，并且更具体地涉及一种能够在有限空间内消除参考地不对称性等的影响的多馈电天线辐射单元、使用其的MIMO多天线系统及其制作方法。

背景技术

近些年，随着微基站的普及和对微基站吞吐量要求的提高，在微基站领域中的MIMO多天线变得越来越复杂，其中的MIMO全向超宽带低剖面天线系统是目前小型化、轻薄化微基站的主流天线系统。在微基站的MIMO全向天线系统中，为了保证相邻各天线辐射单元之间的足够高的隔离度、避免相邻天线辐射单元之间的干扰，这些天线辐射单元通常被布置在方形或圆形微基站的外围（例如方形微基站的四个角），从而将天线辐射单元之间的干扰降至最低。然而，微基站通常使用金属机壳作为天线辐射单元的参考地，所以当将多个天线辐射单元放置在微基站的边缘或角落处时，微基站的参考地的非对称性对天线辐射单元的辐射特性的影响将是显著的。例如，如图1中所示，当将传统的全向天线辐射单元放置在参考地的一个角落时，参考地的非对称性对天线辐射单元的辐射不圆度的影响将变得难以接受（参见图2）。虽然在现有技术中可以通过添加引向器或反射板等方法来调整天线辐射的方向性，但是那些方法通常适合于在尺寸较大，空间充裕的设备中使用。对于微基站系统，因为天线的高度通常仅为10mm左右，所以空间的限制使得无法引入更多的附加部件。这样一来，以往的通过添加引向器或反射板等来调整天线辐射单元的辐射方向性的方法将不再适合于在微基站系统中使用。

因此，迫切地需要一种能够在不占用更多空间的情况下改善天线辐射方向性的天线辐射单元，从而在有限的空间内消除由参考地不对称性等外来因素产生的不利影响。此外，本技术领域中还迫切地需要一种能够高效地、低成本地制作天线辐射单元的方法。

发明内容

本发明公开了一种低剖面、超宽带、辐射方向性可调整的多馈电天线辐射单元，以及使用其的微基站的MIMO全向天线系统。此外，本发明还公开了一种以高效、低成本来制作多馈电天线辐射单元的方法。

根据本发明的一个方面，一种辐射方向性可调整的多馈电天线辐射单元，包括：片状辐射体；多个馈电引脚和与其成对的接地引脚，在所述片状辐射体上的多个馈电点处分别为片状辐射体馈电；其中所述多个馈电点的位置确定成调整所述天线辐射单元的辐射方向性，从而消除外来影响。

根据本发明的另一方面，一种微基站的MIMO全向天线系统，包括：机壳；参考地；和多个前述的天线辐射单元，所述天线辐射单元在所述参考地上方沿着所述参考地的周边布置，其中每个天线辐射单元的多个馈电点的位置被确定成用来消除关于相应天线辐射单元非中心对称的所述参考地的影响。

根据本发明的另一方面，一种用于调整天线辐射单元的辐射方向性的方法，包括：

在天线辐射单元的片状辐射体上的多个馈电点处，用多个馈电引脚和与其成对的接地引脚来分别为片状辐射体馈电，其中通过调整所述片状辐射体上的多个馈电点的位置来调整所述天线辐射单元的辐射方向性，从而消除外来影响。

根据本发明的又一方面，一种用于制作天线辐射单元的方法，包括：提供金属片材；

在所述金属片材上确定多个馈电点的位置；在所述金属片材上的多个馈电点处冲压出多个馈电引脚和与其成对的接地引脚，同时保持所述馈电引脚和与其成对的接地引脚在对应馈电点处与所述金属片材的电连接；以及调整所述馈电引脚和与其成对的接地引脚的倾斜角度。

附图说明

图1图示出根据现有技术的位于微基站的一个角落处的传统全向天线辐射单元；

图2图示出图1中的全向天线辐射单元的实际测试的辐射方向图；

图3图示出根据本发明的一个实施例的位于微基站的一个角落处的多馈电天线辐射单元；

图4是根据本发明的图3中的全向天线辐射单元的实际测试的辐射方向图；

图5是根据本发明的图3中的多馈电天线辐射单元的侧视图；

图6（a）和6（b）分别是根据本发明的不同实施例的多馈电天线辐射单元的顶视图，其中天线辐射单元具有不同形状的馈电引脚和接地引脚；

图7是根据本发明的一个实施例的用于多馈电天线辐射单元的功率分配馈电网络的顶视图；

图8是根据本发明的一个实施例的以电磁耦合方式进行馈电的多馈电天线辐射单元的侧视图。

具体实施方式

图1图示出根据现有技术的位于微基站的一个角落处的传统全向天线辐射单元（为了便于说明，图1中仅示出了机壳1上的一个天线辐射单元3），其中机壳1通常为金属机壳，并充当天线辐射单元3的参考地。从图1中可见，因为天线辐射单元3偏离了金属机壳1的中心，所以金属机壳1对天线辐射单元3的辐射特性的影响将具有明显的方向性，从而破坏或干扰了天线辐射单元3原有的辐射方向性。例如，当将较理想的全向辐射天线单元3放置在金属机壳1的一个角落上时，天线辐射单元3的辐射不圆度将变得不可接受（如图2中所示）。

为了消除此外来影响，图3图示出根据本发明的一个实施例的位于微基站的一个角落处的多馈电天线辐射单元。从图3中可以看到，天线辐射单元3位于基板2上（该基板2可以是PCB板，也可以是其它合适的板材），包括片状辐射体和三组馈电引脚以及与之成对的接地引脚，所述三组馈电引脚被分别连接到片状辐射体上的三个馈电点并且三个接地引脚接地。实际测试结果表明，片状辐射体的馈电点附近的电流较强，相应的辐射较大，而片状辐射体上离馈电点较远处的电流较弱，相应的辐射也较小。因此，本发明试图通过利用片状辐射体上的馈电点的位置来调整天线辐射单元的辐射方向性，从而消除参考地的不对称性等因素对天线辐射单元的外来影响。从图3中可以看到，天线辐射单元的3个馈电点中的2个在片状辐射体的对角线附近，另外一个在片状辐射体上的远离金属机壳中心的一侧。这样一来，因为3个馈电点的位置总体上在片状辐射体上的远离机壳中心的一侧，所以片状辐射体的远离机壳中心的一侧上的电流密度要明显地高于相反侧的电流密度，导致更多的辐射能量集中在片状辐射体上的远离机壳中心的一侧，从而避免了参考地的不对称性对天线辐射单元的外来影响。优选地，天线辐射单元3的多个馈电点总体分布在片状辐射体上的远离机壳中心一侧的1/2区域内。

图4是根据本发明的图3中的全向天线辐射单元的实际测试的辐射方向图。从图4中可以看出，根据本发明的多馈电天线辐射单元能够很好地改善天线方向图的不圆度。值得说明的是，当位于机壳外围的不同位置（例如，方形机壳的侧边中点）上时，根据本发明的多馈电天线单元同样能够很好地改善天线方向图的不圆度，消除参考地的影响。此外，根据本发明的多馈电天线辐射单元的馈电点的数目可以更多或者更少，例如两个、四个或更多，并且实际测试结果表明它们同样能够改善天线的辐射特性，这里不再重复。

图5是根据本发明的图3中的多馈电天线辐射单元的侧视图。从图5中可见，多馈电天线辐射单元的馈电引脚4以及与其成对的接地引脚5大致呈梯形。每组馈电引脚4和接地引脚5的倾斜角度是基本相同的，并且采用直接电连接的方式在片状辐射体的馈电点处对片状辐射体进行馈电。此外，馈电引脚4还被连接到基板2上的功率分配馈电网络。实验结果表明，馈电引脚4和接地引脚5的倾斜角度的变化对天线辐射单元3的阻抗匹配有着显著的影响，并且馈电引脚和接地引脚之间的角度优选地在20-80°之间。

图6（a）和6（b）分别是根据本发明的不同实施例的多馈电天线辐射单元的顶视图，其中天线辐射单元具有不同形状的馈电引脚和接地引脚。作为示例且并非限制，如图6（a）和6（b）中所示的馈电引脚和接地引脚分别采用了矩形和花瓣形形状。实际测试表明，馈电引脚和接地引脚的形状对多馈电天线辐射单元的性能有一定的影响。

图7是根据本发明的一个实施例的用于多馈电天线辐射单元的功率分配馈电网络的顶视图。从图7中可见，天线辐射单元3的馈电网络采用了1到3功率分配网络。该馈电网络可以被直接地形成在例如PCB之类的基板2上。

图8是根据本发明的一个实施例的以电磁耦合方式进行馈电的多馈电天线辐射单元的侧视图。如图8中所示，馈电引脚和与其成对接地引脚在顶部连接在一起，并且在馈电点处与片状辐射体是非导电接触的，通过空气或介质以电磁耦合的方式进行馈电。

当如前面所述的天线辐射单元组成微基站中的MIMO多天线系统时，金属机壳通常充当微基站天线系统的参考地。金属机壳可以由铜或其它合适的金属制成，机壳1的形状可以是如图1中所示的方形，也可以是圆形或其它任何适当的形状，机壳1上的基板2承载着天线辐射单元3，并且将其固定到机壳1的外围。机壳1上的天线辐射单元3的数目优选地为4个或8个，也可以是其它数目。当所述机壳1为方形时，可以将4个天线辐射单元3放置在机壳1的4个角落，或将8个天线辐射单元放置在机壳1的4个角落和4个边的中间。当所述机壳1为圆形时，多个天线辐射单元3可以被沿着圆形周边等间距地布置。对于微基站MIMO全向天线系统中的每个天线辐射单元，由于位于周边的每个天线辐射单元的位置对于参考地的中心来说是不同的，所以应根据位于周边的每个天线辐射单元的实际位置来确定多个馈电点的位置。

本发明的一个实施例涉及一种制作根据本发明的天线辐射单元的方法。相比于传统的天线辐射单元，本发明的多馈电天线辐射单元制作成本高、制作起来相对复杂，因为在传统的天线制作工艺中，片状辐射体、馈电引脚和接地引脚被分别地生产，然后通过焊接等接合工艺将馈电引脚和接地引脚在馈电点处分别焊接或以其它方式接合到片状辐射体。因此，相比于传统的天线辐射单元而言，因为本发明的天线辐射单元具有多个馈电引脚和多个接地引脚，所以制作起来无疑是更耗时、更费力的。根据本发明的多馈电天线辐射单元的制作方法包括：首先提供金属片材；在金属片材上确定馈电引脚和接地引脚的位置；通过压力机并使用模具来对金属片材施加外力，从而在金属片材上冲压出所述馈电引脚和接地引脚。模具具有与天线辐射单元的馈电引脚和接地引脚相同的形状，例如超宽带天线辐射单元通常采用的梯形形状，但是也可以具有矩形、花瓣形等任何其它合适的形状。值得说明的是，冲压过程中要注意保持所述馈电引脚和所述接地引脚与金属片材的连接（即在馈电点处与金属片材的连接），从而使得天线辐射单元由一片金属片一次制作而成。相比于传统的工艺方法，根据本发明的方法制作的天线辐射单元没有焊接点，并且可以节省成本。还需要说明的是，还需要调整天线辐射单元的馈电引脚和接地引脚的倾斜角度。

尽管本公开已经描述了特定实施例以及一般相关联的方法，但是对本领域技术人员而言，这些实施例和方法的变更和置换将是明显的。因此，示例实施例的上述描述不限定或约束本公开。在不脱离如由以下权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下其它改变、代替和变更也是可能的。

Claims (18)

1.一种辐射方向性可调整的多馈电天线辐射单元，包括：

片状辐射体；

多个馈电引脚和与其成对的接地引脚，在所述片状辐射体上的多个馈电点处分别为片状辐射体馈电；

其特征在于：所述多个馈电点的位置确定成调整所述天线辐射单元的辐射方向性，从而消除外来影响。

2.根据权利要求1所述的多馈电天线辐射单元，其特征在于：所述天线辐射单元为全向天线辐射单元，并且所述多个馈电点的位置被确定成改善所述天线辐射单元的辐射方向图的水平截面不圆度。

3.根据权利要求2所述的多馈电天线辐射单元，其特征在于：所述多个馈电点基本上位于所述片状辐射体的面积的二分之一以内。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的多馈电天线辐射单元，其特征在于：所述馈电引脚和与其成对的接地引脚的数目为2个、3个或更多，并且被连接到PCB上的功率分配馈电网络。

5.根据权利要求1所述的多馈电天线辐射单元，其特征在于：所述馈电引脚和与其成对的接地引脚之间的夹角为20-80°。

6.根据权利要求1所述的多馈电天线辐射单元，其特征在于：所述馈电引脚和与其成对的接地引脚以电磁耦合的方式或以电连接的方式在所述馈电点处为所述片状辐射体馈电。

7.根据权利要求1所述的多馈电天线辐射单元，其特征在于：所述馈电引脚和与其成对的接地引脚的形状为梯形、矩形或花瓣形、或其它任何适当的形状。

8.一种微基站的MIMO全向天线系统，包括：

机壳；

参考地；和

多个如权利要求1-7中的任何一项所述的天线辐射单元，所述天线辐射单元在所述参考地上方沿着所述参考地的周边布置，

其特征在于：每个天线辐射单元的多个馈电点的位置被确定成用来消除关于相应天线辐射单元非中心对称的所述参考地的影响。

9.根据权利要求8所述的微基站的MIMO全向天线系统，其特征在于：每个辐射天线单元的所述多个馈电点总体上位于片状辐射体上的远离所述参考地的中心的一侧。

10.根据权利要求8所述的微基站的MIMO全向天线系统，其特征在于：所述机壳为圆形或方形，并且所述参考地为微基站的金属机壳。

11.根据权利要求8所述的微基站的MIMO全向天线系统，其特征在于：所述天线辐射单元的数目为4个或8个，沿着周边被等间距地布置在所述参考地的上方。

12.一种用于调整天线辐射单元的辐射方向性的方法，包括：

在天线辐射单元的片状辐射体上的多个馈电点处，用多个馈电引脚和与其成对的接地引脚来分别为片状辐射体馈电，

其特征在于：通过调整所述片状辐射体上的多个馈电点的位置来调整所述天线辐射单元的辐射方向性，从而消除外来影响。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述天线辐射单元为全向天线辐射单元，并且所述多个馈电点的位置被确定成改善所述天线辐射单元的辐射方向图的水平截面不圆度。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述馈电引脚和与其成对的接地引脚以电磁耦合的方式或以电连接的方式在所述馈电点处为所述片状辐射体馈电。

15.一种用于制作天线辐射单元的方法，包括：

提供金属片材；

在所述金属片材上确定多个馈电点的位置；

在所述金属片材上的多个馈电点处冲压出多个馈电引脚和与其成对的接地引脚，同时保持所述馈电引脚和与其成对的接地引脚在对应馈电点处与所述金属片材的电连接；以及

调整所述馈电引脚和与其成对的接地引脚的倾斜角度。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：所述馈电引脚和所述接地引脚为梯形、矩形或花瓣形、或其它任何适当的形状。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：所述馈电引脚和所述接地引脚之间的夹角为20-80°。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：所述馈电引脚和接地引脚的数目为2个、3个、或更多，并且被连接到PCB上的功率分配馈电网络。