CN107959125B - 阵列天线及无线通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阵列天线及无线通信设备，阵列天线包括沿横向间隔开排布的多个天线单元，每个天线单元的至少一个表面上设有多个辐射振子，同一表面上的多个辐射振子沿轴向依次间隔开排布；一个天线单元的一个表面上的多个辐射振子与相邻的另一个天线单元的一个表面上的多个辐射振子彼此错开排布，一个天线单元的一个辐射振子沿横向在相邻的另一个天线单元的一个表面上的投影与该表面上的辐射振子均不重叠。天线单元上设有多个辐射振子，相同辐射能力下减少天线单元的数量，减少阵列天线的所占空间。相邻的天线单元，辐射振子彼此错开排布，在满足隔离度要求的最小间距的同时，缩减横向相邻的两个天线单元之间的间距，促进了小型化的发展。

Description

阵列天线及无线通信设备

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种阵列天线及无线通信设备。

背景技术

目前，MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术越来越多地应用于无线通信领域，例如基站天线或无线接入设备。MIMO技术可在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。且，使用MIMO技术还能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。

然而，多个天线(尤其是同频天线)之间存在信号相互干扰的问题，为了避免这种信号干扰，天线之间的物理间隔需足够大，至少要满足隔离度的要求。但是，若是天线之间的间隔足够大，则将造成阵列天线的尺寸增大，从而将增大设有该阵列天线的无线通信设备的整机尺寸，无法适应无线通信设备小型化的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中为了避免信号干扰而增大阵列天线尺寸的问题，提供一种阵列天线及无线通信设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种阵列天线，包括沿横向间隔开排布的多个天线单元，每个所述天线单元的至少一个表面上设有多个辐射振子，同一所述表面上的所述多个辐射振子沿轴向依次间隔开排布；一个所述天线单元的一个所述表面上的多个辐射振子与相邻的另一个所述天线单元的一个所述表面上的多个辐射振子彼此错开排布；且一个所述天线单元的一个所述辐射振子沿横向在相邻的另一个所述天线单元的一个所述表面上的投影与该表面上的所述辐射振子均不重叠。

优选地，所述多个天线单元包括相邻的第一天线单元和第二天线单元；所述第一天线单元中设有所述辐射振子的一个表面与所述第二天线单元中设有所述辐射振子的一个表面平行或位于同一平面内。

优选地，所述多个天线单元包括相邻的第一天线单元和第二天线单元；所述第一天线单元中设有所述辐射振子的一个表面与所述第二天线单元中设有所述辐射振子的一个表面之间的夹角大于0°且小于180°。

优选地，相邻的所述第一天线单元和所述第二天线单元分别在同一平面圆的两条不同的半径上垂直于该平面圆。

优选地，至少一个所述天线单元的两个表面上分别设有多个辐射振子，所述两个表面中的一个所述表面上的多个辐射振子与另一个所述表面上的多个辐射振子彼此错开排布。

优选地，所述两个表面中的一个所述表面上的多个辐射振子的频率不同于另一个所述表面上的多个辐射振子的频率。

优选地，至少一个所述天线单元的设有多个所述辐射振子的表面上设有至少一个可沿轴向滑动的绝缘块，所述绝缘块通过滑动覆盖至少一个所述辐射振子。

优选地，至少一个所述天线单元包括设有多个所述辐射振子的第一表面和与所述第一表面相对第二表面，所述第二表面上设有至少一个可沿轴向滑动的绝缘块，所述绝缘块通过滑动覆盖所述第一表面上的至少一个所述辐射振子的设置区域。

优选地，至少一个所述天线单元包括设有多个所述辐射振子的第一表面和与所述第一表面相对第二表面，所述第二表面上设有至少一个固定的绝缘块，所述绝缘块覆盖所述第一表面上的至少一个所述辐射振子的设置区域。

本发明还提供了一种无线通信设备，包括上述任一项所述的阵列天线。

实施本发明具有以下有益效果：上述阵列天线中，每个天线单元上设有多个辐射振子，多个辐射振子可组合工作，相比于现有技术中每个天线单元中仅设置一个辐射振子，提高了天线的整体辐射强度，由此阵列天线在相同辐射能力下可相应减少天线单元的数量，从而减少了阵列天线所占的空间大小，继而不会对无线通信设备的小型化产生障碍。且，相邻的天线单元之间，各自的辐射振子彼此错开排布，在确保横向相邻的辐射振子之间的间距满足隔离度要求的最小间距的同时，能有效缩减横向相邻的两个天线单元之间的间距，从而进一步有效缩减无线通信设备的整机尺寸，促进了无线通信设备小型化的发展。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明第一实施例的一种阵列天线的示意图；

图2是本发明第二实施例的一种阵列天线的示意图；

图3是本发明第二实施例的一具体实施方式中的一种阵列天线的俯视图；

图4是本发明第三实施例的一种阵列天线的示意图；

图5是本发明第四实施例的一种阵列天线的示意图；

图6是本发明第五实施例的一种阵列天线的示意图。

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。

参见图1，图1示出了依据本发明第一实施例的一种阵列天线1的示意图，该阵列天线1包括沿横向A间隔开排布的多个天线单元11-14，每个天线单元的至少一个表面上设有多个辐射振子111(图1中包括辐射振子111和113，后续为方便，仅用辐射振子111进行阐述)，同一表面上的多个辐射振子111沿轴向B依次间隔开排布；一个天线单元的一个表面上的多个辐射振子111与相邻的另一个天线单元的一个表面上的多个辐射振子111彼此错开排布。

应当知晓，图1中示出的天线单元的数量仅用作举例，并不是对本发明的限制，阵列天线1中还可以包括其他数量的天线单元，例如2个或5个等等，此处不再一一举例。另外，每个天线单元上的辐射振子111的数量也不做限定，例如，天线单元11和13的一个表面上分别设有3个辐射振子111，天线单元12的一个表面上设有2个辐射振子111，当然，也可以是其他数量的辐射振子111，例如4个或5个等等，此处不再一一举例。

上述阵列天线1中，每个天线单元上设有多个辐射振子111，多个辐射振子111可组合工作，相比于现有技术中每个天线单元中仅设置一个辐射振子111，提高了天线的整体辐射强度，由此阵列天线1在相同辐射能力下可相应减少天线单元的数量，从而减少了阵列天线1所占的空间大小，继而不会对无线通信设备的小型化产生障碍。且，相邻的天线单元之间，各自的辐射振子111彼此错开排布，在确保横向相邻的辐射振子111之间的间距满足隔离度要求的最小间距的同时，能有效缩减横向相邻的两个天线单元之间的间距，从而进一步有效缩减无线通信设备的整机尺寸，促进了无线通信设备小型化的发展。

每个天线单元包括基板112和设于该基板112上的多个辐射振子111。该基板112可以为PCB印制板；且基板112可以为长条形板状结构，具有两个相对的表面，此处所说的表面指的是基板112中面积较大的面。当然，基板112还可以是其他形状，例如柱形。

辐射振子111可以印刷在基板112上，从而固定于基板112上。天线单元的同一表面上的多个辐射振子111均为同频辐射振子111(即辐射振子111具有相同的频率)，且该表面与其横向A相邻的另一个表面(该表面位于横向相邻的另一个天线单元上)上的辐射振子111也均为同频辐射振子111。这些同频辐射振子111可以是单频辐射振子，也可以是多频辐射振子。当为多频辐射振子时，阵列天线1可以同时支持多个频段，本领域的普通技术人员可根据实际情况选择合适的辐射振子111。

在本实施例的一具体实施方式中，一个天线单元的一个辐射振子沿横向A在相邻的另一个天线单元的一个表面上的投影与该表面上的辐射振子均不重叠。例如，天线单元14上的辐射振子113在相邻的天线单元13上的投影(即图1中两条虚线之间的范围)恰好位于天线单元13上的两个相邻的辐射振子111之间的间隙中，与天线单元13上的任意辐射振子111均不重叠。相比于横向A上至少一部分重叠的辐射振子111，完全不重叠的设置可以进一步减少相邻的辐射振子之间的信号干扰，从而可以在满足隔离度的要求的基础上进一步缩减相邻的天线之间的间距，以实现无线通信设备的进一步小型化。

在本实施例的另一具体实施方式中，多个天线单元包括相邻的第一天线单元和第二天线单元；第一天线单元中设有辐射振子的一个表面与第二天线单元中设有辐射振子的一个表面平行或位于同一平面内。例如，天线单元11中设有辐射振子111的一个表面和天线单元12中设有辐射振子111的一个表面可以位于同一平面内，而天线单元13中设有辐射振子111的一个表面和天线单元14中设有辐射振子113的一个表面平行但相互错开一定的间距。在上述方位设置中，阵列天线1中各个辐射振子的辐射方向一致，例如彼此间在基本相同的方向上天线增益最大，从而只需调节阵列天线1的整体方位，即就可以实现最佳的天线辐射效果，确保了阵列天线1的方向性。

参见图2，依据本发明第二实施例的阵列天线的多个天线单元包括相邻的第一天线单元15和第二天线单元16；第一天线单元15中设有辐射振子的一个表面与第二天线单元16中设有辐射振子的一个表面之间的夹角大于0°且小于180°。例如，两个表面之间的面面夹角可以是90°，两个面相互垂直。其他未在此阐述的技术特征与第一实施例中对应的技术特征相似或相同，此处可引用第一实施例中关于这些技术特征的阐述，不再一一赘述。

通过设置天线单元的方位，相应地设置了辐射振子面向空间的方向，若横向A相邻的两个表面之间的大于0°且小于180°，则表明这两个表面上的辐射振子在空间中面向不同的方向，例如若两个表面相互垂直，则这两个表面上的辐射振子在空间中面向的方向相互正交，这样可以进一步提高这两个表面上的辐射振子彼此之间的隔离度。且，因辐射振子面向不同的方向，则相邻的辐射振子在不同的方向上具有最大的辐射增益，由此可以提高无线通信设备中各个方向上的覆盖范围以及提高其在各个方向上的信号质量。

参见图3，在本实施例的一具体实施方式中，相邻的第一天线单元15A和第二天线单元16A分别在同一平面圆150的两条不同的半径上垂直于该平面圆。由此，第一天线单元15A和第二天线单元16A绕上述平面圆150组成一扇形结构。例如，辐射振子设置在第一天线单元15A和第二天线单元16A的相背向(非面对面)的两个表面上，这样因辐射振子面向不同的方向，提高了辐射振子在不同的方向上的辐射增益，由此可以提高无线通信设备中各个方向上的覆盖范围以及提高其在各个方向上的信号质量。又例如，辐射振子设置在第一天线单元15A和第二天线单元16A的面对面的两个表面上，使得信号在一个有限的范围内聚拢并相互叠加，从而使得特定方向上的辐射强度增强，有利于调节天线的指向性。

依据本发明第三实施例的阵列天线中至少一个天线单元的两个表面上分别设有多个辐射振子，两个表面中的一个表面上的多个辐射振子与另一个表面上的多个辐射振子彼此错开排布。例如，参见图4，天线单元17的基板171包括两个表面172和173，这两个表面上均分别设有多个辐射振子174和175。辐射振子174与辐射振子175彼此错开排布，以尽可能减少辐射振子174和175之间的信号干扰。进一步地，辐射振子174的频率还可不同于辐射振子175的频率，使得阵列天线可以支持的频段增加，提高了阵列天线的适用范围。其他未在此阐述的技术特征与第一实施例中对应的技术特征相似或相同，此处可引用第一实施例中关于这些技术特征的阐述，不再一一赘述。

依据本发明第四实施例的阵列天线中至少一个天线单元的设有多个辐射振子的表面上设有至少一个可沿轴向滑动的绝缘块，绝缘块通过滑动覆盖至少一个辐射振子。例如，参见图5，天线单元18包括基板181、设于基板181的表面182上的多个辐射振子183、以及一个可沿轴向B滑动的绝缘块184，在该滑动绝缘块184沿轴向B的滑动过程中，可以覆盖至少一个辐射振子183。绝缘块184可以采用橡胶材料等绝缘材料制成，厚度一般为几个毫米，例如1毫米或3毫米，本领域的技术人员可根据实际情况设置。其他未在此阐述的技术特征与第一实施例中对应的技术特征相似或相同，此处可引用第一实施例中关于这些技术特征的阐述，不再一一赘述。

因本发明的天线单元中设有多个辐射振子，因此才可以实现在天线单元中设置这种覆盖或遮挡辐射振子的绝缘块，一旦一个辐射振子被覆盖或遮挡，还有其他的辐射振子可以正常工作，从而不会影响阵列天线的工作。当辐射振子被绝缘块覆盖或遮挡后，该辐射振子将被屏蔽，不再参与信号发射和/或接收，由此通过该滑动绝缘块可以调节参与工作的辐射振子的数量。例如，在信号较弱的工作环境中，可以投入较多数量的辐射振子参与工作，而在信号较强的工作环境中，可以相应减少参与工作的辐射振子的数量，从而减少辐射对人体的伤害。另外，因可以通过滑动该绝缘块来选择参与工作的辐射振子，由此不参与工作的辐射振子相应地消除了与其相关的信号干扰，从而可以调节信号干扰的分布，以为选择信号干扰最少的分布提供了可能。

依据本发明第五实施例的阵列天线中至少一个天线单元包括设有多个辐射振子的第一表面和与第一表面相对第二表面，第二表面上设有至少一个可沿轴向滑动的绝缘块，绝缘块通过滑动覆盖第一表面上的至少一个辐射振子的设置区域。例如，参见图6，天线单元19包括基板191、设于基板191的第一表面192上的多个辐射振子194、以及一个在第二表面193上可沿轴向B滑动的绝缘块195，在该滑动绝缘块195沿轴向B的滑动过程中，可以覆盖至少一个辐射振子194的设置区域。绝缘块195可以采用橡胶材料等绝缘材料制成，厚度一般为几个毫米，例如1毫米或3毫米，本领域的技术人员可根据实际情况设置。其他未在此阐述的技术特征与第一实施例中对应的技术特征相似或相同，此处可引用第一实施例中关于这些技术特征的阐述，不再一一赘述。

在辐射振子的背面设置绝缘体，即该绝缘体位于两个相邻的天线单元之间，从而在这两个天线单元之间起到屏蔽信号交互的作用，由此可以在确保相邻辐射振子满足隔离度要求的基础上进一步缩减相邻的天线单元之间的间距，以进一步小型化无线通信设备。绝缘块可以滑动使得可以调节屏蔽信号交互的区域，灵活度增强，使用范围更广。

在本实施例的一替换实施方式中，第二表面193上的绝缘块195也可以是固定的，即至少一个天线单元包括设有多个辐射振子的第一表面和与第一表面相对第二表面，第二表面上设有至少一个固定的绝缘块，绝缘块覆盖第一表面上的至少一个辐射振子的设置区域，该固定绝缘块与上述滑动绝缘块的作用基本相同。或者，可在滑动绝缘块的基础上再设置另外一个固定的绝缘块来配合工作。或者，第四实施例还可以与第五实施例相结合，即可以做第一表面192上设置至少一个滑动的绝缘块，第二表面193上设置滑动绝缘块和/或固定绝缘块，多个绝缘块一起配合工作。各种基于本发明的教导的设置均在本发明的保护范围内，此处不再一一举例。

依据本发明的无线通信设备包括上述的任一阵列天线；而无线通信设备中与阵列天线关联的射频端口和射频电路等结构可采用现有技术实现，此处不再赘述。该无线通信设备可以是基站或无线路由器等等，只要采用了上述阵列天线的设备均在本发明的无线通信设备的范围内。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种阵列天线，其特征在于，包括多个天线单元，每个所述天线单元的至少一个表面上设有多个辐射振子，同一所述表面上的所述多个辐射振子沿轴向依次间隔开排布；一个所述天线单元的一个所述表面上的多个辐射振子与相邻的另一个所述天线单元的一个所述表面上的多个辐射振子彼此错开排布；其中，所述多个天线单元包括相邻的第一天线单元和第二天线单元，相邻的所述第一天线单元和所述第二天线单元分别在同一平面圆的两条不同的半径上垂直于该平面圆，并绕所述平面圆组成一扇形结构。

2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述第一天线单元中设有所述辐射振子的一个表面与所述第二天线单元中设有所述辐射振子的一个表面之间的夹角大于0°且小于180°。

3.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，至少一个所述天线单元的两个表面上分别设有多个辐射振子，所述两个表面中的一个所述表面上的多个辐射振子与另一个所述表面上的多个辐射振子彼此错开排布。

4.根据权利要求3所述的阵列天线，其特征在于，所述两个表面中的一个所述表面上的多个辐射振子的频率不同于另一个所述表面上的多个辐射振子的频率。

5.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，至少一个所述天线单元的设有多个所述辐射振子的表面上设有至少一个可沿轴向滑动的绝缘块，所述绝缘块通过滑动覆盖至少一个所述辐射振子。

6.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，至少一个所述天线单元包括设有多个所述辐射振子的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面上设有至少一个可沿轴向滑动的绝缘块，所述绝缘块通过滑动覆盖所述第一表面上的至少一个所述辐射振子的设置区域。

7.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，至少一个所述天线单元包括设有多个所述辐射振子的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面上设有至少一个固定的绝缘块，所述绝缘块覆盖所述第一表面上的至少一个所述辐射振子的设置区域。

8.一种无线通信设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的阵列天线。

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