CN107369898B - 一种窄波束扫描智能mimo天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种窄波束扫描智能MIMO天线，其包括一端呈封闭的筒形状的绝缘支架，以支架的筒底壁的中心为圆心呈放射状环形平铺固定在筒底壁上的、交错且均匀布局的多个绝缘介质板一和多个绝缘介质板二。介质板一设置长度均为该天线设计所使用低频段频率的1/4波长的低频辐射臂和低频接地臂，且在构成低频半波阵子的同时加起来形成了完整的1/2波长低频信号电流路径，负责该天线低频信号的辐射。介质板二设置长度均为该天线设计所使用高频段频率的1/4波长的高频辐射臂和高频接地臂，且在构成高频半波阵子的同时加起来形成了完整的1/2波长高频信号电流路径，负责该天线高频信号的辐射。

Description

一种窄波束扫描智能MIMO天线
技术领域
本发明涉及一种天线，尤其涉及一种窄波束扫描智能MIMO天线。
背景技术
近年来，移动互联通讯迅猛发展，已渗透到生活的方方面面。一方面智能手机、平板电脑、PC终端电视机、车载设备、甚至眼镜手表等可穿戴之物，正逐步融入移动物联网；另一方面传统行业与互联网的融合正在呈现新的特点，网络平台建设和商业模式都发生了改变。终端和行业的这些变化，带来数据流的快速增长。
无线网络技术的呈跨越式高速发展，支持无线连接的设备在急剧增长，人们对通过无线网络接入互联网进行高速上网冲浪需求也呈爆发式增长，从而使得应用MiMO技术室内无线覆盖吸顶型设备越来越多且芯片方案升级换代也越来越快，因此同时支持多路2.4GHz和4路5GHz的MiMo技术将会逐渐成为主流。
传统的天线设计由于设备内部有限布置天线空间，直接把多个2.4GHz天线和多个5GHz天线布置在设备中，不但造成天线之间的隔离度因彼此距离太近而很差，而且各个天线辐射场形全向性也不好，无法充分发挥MiMo技术优越性能，导致整机无线性能不佳，导致用户上网体验差，这是长期困扰业界的难题，也是用户上网体验的痛点。
发明内容
为解决现有技术中MIMO天线的整机无线性能不佳，导致用户上网体验差的技术问题，本发明提供一种窄波束扫描智能MIMO天线。
本发明的解决方案是：一种窄波束扫描智能MIMO天线，其包括绝缘支架、安装在绝缘支架上的多个绝缘介质板一和多个绝缘介质板二；每个绝缘介质板一上设置辐射单元一，每个绝缘介质板二上设置辐射单元二；
绝缘支架一端呈封闭的筒形状，多个绝缘介质板一和多个绝缘介质板二以绝缘支架的筒底壁的中心为圆心呈放射状环形布局在绝缘支架的筒底壁上，且绝缘介质板一和绝缘介质板二交错且均匀布局，并绝缘介质板一和绝缘介质板二平铺固定在绝缘支架的筒底壁上；
该辐射单元一包括低频辐射臂和低频接地臂，低频辐射臂的长度和低频接地臂的长度分别为该天线设计所使用低频段频率的1/4波长，低频辐射臂和低频接地臂在构成低频半波阵子的同时加起来形成了完整的1/2波长低频信号电流路径，负责该天线低频信号的辐射；
该辐射单元二包括高频辐射臂和高频接地臂，高频辐射臂的长度和高频接地臂的长度分别为该天线设计所使用高频段频率的1/4波长，高频辐射臂和高频接地臂在构成高频半波阵子的同时加起来形成了完整的1/2波长高频信号电流路径，负责该天线高频信号的辐射。
作为上述方案的进一步改进，相邻的绝缘介质板一和绝缘介质板二之间的圆心角为60°。
作为上述方案的进一步改进，相邻两个介质板之间的最短距离大于该天线设计所使用低频段频率的1/2波长。
作为上述方案的进一步改进，该低频段和该高频段为WiFi双频2.4GHz与5GHz频段，或者为GSM双频，或者为CDMA双频。
作为上述方案的进一步改进，该辐射单元一设置一对馈电区，这对馈电区分别相对设置在低频辐射臂和低频接地臂上。
进一步地，绝缘介质板一上的辐射单元一通过射频同轴电缆连接至收发机：该射频同轴电缆的一端分别焊接到该辐射单元一的两个馈电区上，该射频同轴电缆的另一端连接该收发机的射频输出端口。
再进一步地，在该收发机的射频输出端口，该收发机将调制好的低频射频信号，通过相应射频同轴电缆传输到相应辐射单元一，由辐射单元一将低频射频信号向自由空间辐射。
作为上述方案的进一步改进，该辐射单元二设置一对馈电区，这对馈电区分别相对设置在高频辐射臂和高频接地臂上。
进一步地，绝缘介质板二上的辐射单元二通过射频同轴电缆连接至收发机：该射频同轴电缆的一端分别焊接到该辐射单元二的两个馈电区上，该射频同轴电缆的另一端连接该收发机的射频输出端口。
再进一步地，在该收发机的射频输出端口，该收发机将调制好的高频射频信号，通过相应射频同轴电缆传输到相应辐射单元二，由辐射单元二将高频射频信号向自由空间辐射。
本发明设计的窄波束扫描智能MIMO天线，充分利用整机有限的空间，通过合理的布局，提升天线之间的隔离度，辐射场型强弱互补，天线零点方向对准干扰信号方向，抑制干扰信号，提高天线增益，确保整机良好的无线性能。辐射场型的互补使得在远距离或者穿多堵墙信号强度大幅衰减的情况下依然有多根天线在传输数据，充分发挥多入多出的MIMO技术优越性，从而确保整机良好的无线性能，提升用户的上网体验。
附图说明
图1是本发明较佳实施例提供的窄波束扫描智能MIMO天线的立体图。
图2是图1中天线的局部俯视图。
图3是图1中绝缘介质板一的结构图。
图4是图1中绝缘介质板二的结构图。
图5是图1中天线的射频信号传入方式图。
图6是图1中天线的辐射单元一仿真结果图。
图7是图1中天线的辐射单元二仿真结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的窄波束扫描智能MIMO天线能确保天线在自由空间中实现全向辐射，且有良好的隔离度，减小辐射单元之间的相互干扰。请参阅图1，本发明的天线包括绝缘支架33、安装在绝缘支架33上的多个绝缘介质板一11和多个绝缘介质板二22。
在本实施例中，绝缘介质板一11的数量和绝缘介质板二22的数量均以3个为例进行举例说明，由于存在用于低频辐射的3个绝缘介质板一11和高频辐射的3个绝缘介质板二22，本实施例的天线定义为3×3MIMO双频天线。低频段和高频段可为WiFi双频2.4GHz与5GHz频段，或者可为GSM双频，或者可为CDMA双频。
请结合图2，绝缘支架33一端呈封闭的筒形状，多个绝缘介质板一11和多个绝缘介质板二22以绝缘支架33的筒底壁的中心为圆心呈放射状环形布局在绝缘支架33的筒底壁上，且绝缘介质板一11和绝缘介质板二22交错且均匀布局，并绝缘介质板一11和绝缘介质板二22平铺固定在绝缘支架33的筒底壁上。
相邻两个介质板之间的最短距离大于该天线设计所使用低频段频率的1/2波长，减小天线之间的同频干扰和异频干扰。当绝缘介质板一11的数量和绝缘介质板二22的数量均为3个时，相邻的绝缘介质板一11和绝缘介质板二22之间的圆心角为60°，所以绝缘介质板一11和绝缘介质板二22等间距间隔均布。
每个绝缘介质板一11上设置辐射单元一，该辐射单元一包括低频辐射臂112和低频接地臂111。低频辐射臂112的长度和低频接地臂111的长度分别为该天线设计所使用低频段频率的1/4波长，低频辐射臂112和低频接地臂111在构成低频半波阵子的同时加起来形成了完整的1/2波长低频信号电流路径，负责该天线低频信号的辐射。
请结合图3，该辐射单元一设置一对馈电区40、41，这对馈电区40、41分别相对设置在低频辐射臂112和低频接地臂111上。绝缘介质板一11上的辐射单元一通过射频同轴电缆连接至收发机：该射频同轴电缆的一端分别焊接到该辐射单元一的两个馈电区40、41上，该射频同轴电缆的另一端连接该收发机的射频输出端口。在该收发机的射频输出端口，该收发机将调制好的低频射频信号，通过相应射频同轴电缆传输到相应辐射单元一，由辐射单元一将低频射频信号向自由空间辐射。
每个绝缘介质板二22上设置辐射单元二，该辐射单元二包括高频辐射臂212和高频接地臂211，高频辐射臂212的长度和高频接地臂211的长度分别为该天线设计所使用高频段频率的1/4波长，高频辐射臂212和高频接地臂211在构成高频半波阵子的同时加起来形成了完整的1/2波长高频信号电流路径，负责该天线高频信号的辐射。
请结合图4，该辐射单元二设置一对馈电区50、51，这对馈电区50、51分别相对设置在高频辐射臂212和高频接地臂211上。绝缘介质板二22上的辐射单元二通过射频同轴电缆连接至收发机：该射频同轴电缆的一端分别焊接到该辐射单元二的两个馈电区50、51上，该射频同轴电缆的另一端连接该收发机的射频输出端口。在该收发机的射频输出端口，该收发机将调制好的高频射频信号，通过相应射频同轴电缆传输到相应辐射单元二，由辐射单元二将高频射频信号向自由空间辐射。
在本实施例中，绝缘介质板一11上的辐射单元一和绝缘介质板二22上的辐射单元二分别通过射频同轴电缆311、312、313、314、315、316，与收发机连接。发射端也即该收发机的射频输出端口，收发机将调制好的低频射频信号，通过射频同轴电缆311、313、315分别传输到三个辐射单元一，由相应的辐射单元一将低频射频信号向自由空间辐射。高频射频信号通过射频同轴电缆312、314、316分别传输到三个辐射单元二，由辐射单元二将高频射频信号向自由空间辐射。在接收端，自由空间中的信号由辐射单元接收下来，通过同轴电缆传输到收发机，由收发机进行信号解调。
本发明的室内AP 3×3MIMO双频天线，充分利用整机有限的空间，通过合理的布局，提升天线之间的隔离度，同时辐射场型强弱互补，天线零点方向对准干扰信号方向，抑制干扰信号。辐射场型的互补使得在远距离或者穿多堵墙信号强度大幅衰减的情况下依然有多根天线在传输数据，充分发挥多入多出的MIMO技术优越性，从而确保整机良好的无线性能，提升用户的上网体验。
在本实施例中，辐射单元采用金属图形制成，金属可以采用铜，金属表面可以处理：涂覆绿油。本发明的室内AP 3×3MIMO双频天线的工作频带可以为2.412～2.484GHz和5.15～5.85GHz。绝缘介质支架33的尺寸优选为半径100mm，绝缘介质板一11的尺寸优选为40*7*1mm，绝缘介质板二22的尺寸优选为20*10*1mm。
通过以上设计，使室内AP 3×3MIMO双频天线的阻抗特性、天线增益、驻波比、隔离度、E面和H面3dB波瓣宽度等性能参数满足要求，从而得到一种低成本、高通信效率、高通信容量、高抗干扰性能的室内AP 3×3MIMO双频天线。室内AP 3×3MIMO双频天线的工作频段2.412～2.484GHz 5.15～5.85GHz；2.4G频段增益大于3.5dBi；驻波比小于2；端口隔离度小于-25dB；特性阻抗为50Ω；5.0G频段增益大于3.5dBi；驻波比小于2；端口隔离度小于-28dB；特性阻抗为50Ω；接头方式为IPX带射频屏蔽线，且屏蔽线长度可选。
本实施例将所述的尺寸固定，使其成本达到最低，安装简单，通信性能良好，其室内AP 3×3MIMO双频天线的部分仿真结果如图6和图7所示，从图6中可看出天线在2.4GHz～2.5GHz频段内VSWR小于2，图7中可看出天线在5.15GHz～5.85GHz频段内VSWR小于2。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种窄波束扫描智能MIMO天线，其包括绝缘支架(33)、安装在绝缘支架(33)上的多个绝缘介质板一(11)和多个绝缘介质板二(22)；每个绝缘介质板一(11)上设置辐射单元一，每个绝缘介质板二(22)上设置辐射单元二；其特征在于：
绝缘支架(33)一端呈封闭的筒形状，多个绝缘介质板一(11)和多个绝缘介质板二(22)以绝缘支架(33)的筒底壁的中心为圆心呈放射状环形平铺固定在该筒底壁上，且绝缘介质板一(11)和绝缘介质板二(22)交错且均匀布局；相邻两个介质板之间的最短距离大于该天线设计所使用低频段频率的1/2波长；
该辐射单元一包括长度均为该天线设计所使用低频段频率的1/4波长的低频辐射臂(112)和低频接地臂(111)，低频辐射臂(112)和低频接地臂(111)在构成低频半波阵子的同时加起来形成了完整的1/2波长低频信号电流路径，负责该天线低频信号的辐射；
该辐射单元二包括长度均为该天线设计所使用高频段频率的1/4波长的高频辐射臂(212)和高频接地臂(211)，高频辐射臂(212)和高频接地臂(211)在构成高频半波阵子的同时加起来形成了完整的1/2波长高频信号电流路径，负责该天线高频信号的辐射；
该辐射单元一设置一对馈电区(40、41)，这对馈电区(40、41)分别相对设置在低频辐射臂(112)和低频接地臂(111)上；绝缘介质板一(11)上的辐射单元一通过射频同轴电缆连接至收发机：该射频同轴电缆的一端分别焊接到该辐射单元一的两个馈电区(40、41)上，该射频同轴电缆的另一端连接该收发机的射频输出端口；在该收发机的射频输出端口，该收发机将调制好的低频射频信号，通过相应射频同轴电缆传输到相应辐射单元一，由辐射单元一将低频射频信号向自由空间辐射；
该辐射单元二设置一对馈电区(50、51)，这对馈电区(50、51)分别相对设置在高频辐射臂(212)和高频接地臂(211)上；绝缘介质板二(22)上的辐射单元二通过射频同轴电缆连接至收发机：该射频同轴电缆的一端分别焊接到该辐射单元二的两个馈电区(50、51)上，该射频同轴电缆的另一端连接该收发机的射频输出端口；在该收发机的射频输出端口，该收发机将调制好的高频射频信号，通过相应射频同轴电缆传输到相应辐射单元二，由辐射单元二将高频射频信号向自由空间辐射。
2.如权利要求1所述的窄波束扫描智能MIMO天线，其特征在于：相邻的绝缘介质板一(11)和绝缘介质板二(22)之间的圆心角为60°。
3.如权利要求1所述的窄波束扫描智能MIMO天线，其特征在于：该低频段和该高频段为WiFi双频2.4GHz与5GHz频段，或者为GSM双频，或者为CDMA双频。
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