CN111786110A - 天线装置及客户前端设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线装置、客户前端设备，属于通信技术领域。本发明提供的一种天线装置包括天线单元和调向单元，其中，天线单元用于发送射频信号，调向单元与天线单元相连，用于调整射频信号的发送方向。本发明实施例提供的天线装置，由于设置了调向单元，调向单元能够调整射频信号的发送方向，因此能够提高天线装置发送射频信号的准确性和天线装置的环境适应性。

Description

天线装置及客户前端设备

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种天线装置及客户前端设备。

背景技术

第五代移动通信技术(5th generation mobile networks，5G)毫米波作为5G通信技术发展的重要组成，具备高传输带宽，低时延的特性。但是由于毫米波空间损耗大，因此发射毫米波的天线通常采用天线阵列，但天线阵列的波束宽度窄，通常需要调整波束(即射频信号)的发送方向，但相关技术中，天线装置无法调整波束的发送方向，或实现调整波束的发送方向的结构十分复杂，难以应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种天线装置，其能够调整射频信号的发送方向，从而提高天线装置发送射频信号的准确性和天线装置的环境适应性。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种天线装置，包括天线单元和调向单元：

所述天线单元用于发送射频信号；

所述调向单元与所述天线单元相连，用于调整所述射频信号的发送方向。

本发明实施例提供的天线装置，由于设置了调向单元，调向单元能够调整射频信号的发送方向，因此能够提高天线装置发送射频信号的准确性和天线装置的环境适应性。

优选的是，所述天线单元包括多个天线子单元，多个所述天线子单元呈阵列排布；其中，每一列或每一行天线子单元相连，形成一个天线单元组。

优选的是，所述天线单元包括基板、参考电极板和多个第一电极片；其中，

所述参考电极板设置在所述基板一侧，多个所述第一电极片设置在所述基板背离所述参考电极板一侧；每个所述第一电极片、所述基板对应该第一电极片的区域、所述参考电极板对应该第一电极片的区域形成一所述天线子单元。

优选的是，所述第一电极片的材料包括氧化铟锡。

优选的是，所述调向单元包括传输线，所述传输线按照巴特勒矩阵的形状设置。

优选的是，所述传输线为微带传输线。

优选的是，所述调向单元包括传输线，所述传输线按照巴特勒矩阵的形状设置；

所述传输线形成的巴特勒矩阵包括多个输入端口和多个输出端口，每个所述输出端口连接一所述天线单元组；每个所述输入端口均与多个所述输出端口相连通，且每个所述输入端口与不同的所述输出端口的连接路径不同。

优选的是，所述传输线形成的巴特勒矩阵包括四个输入端口和四个输出端口。

相应地，本发明还提供一种客户前端设备，包括上述天线装置。

优选的是，客户前端设备还包括：客户前端主机，所述客户前端主机将所述射频信号发送给所述天线装置；所述客户前端主机与所述天线装置通过所述射频电缆相连，所述客户前端主机的输出端口的阻抗与所述射频电缆的阻抗、调向单元的输入端口的阻抗相同。

附图说明

图1为本公开实施例提供的天线装置的一种实施例结构；

图2为本公开实施例提供的天线装置中天线子单元为贴片天线的实施例中天线子单元的层结构示意图；

图3为本公开实施例提供的天线装置中调向单元的一种实施例的结构示意图；

图4为沿图1中A-B方向剖切的剖面图；

图5为本公开实施例提供天线装置中调向单元中巴特勒矩阵的一种实施例的电路原理图；

图6为本公开实施例提供的客户前端设备的结构示意图。

具体实施方式

在下文中将参考附图更充分地描述本公开实施例，但是所示的实施例可以以不同形式来体现，且不应当被解释为限于本公开阐述的实施例。反之，提供这些实施例的目的在于使本公开透彻和完整，并将使本领域技术人员充分理解本公开的范围。

本公开实施例的附图用来提供对本公开实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。通过参考附图对详细示例实施例进行描述，以上和其他特征和优点对本领域技术人员将变得更加显而易见，

本公开实施例可借助本公开的理想示意图而参考平面图和/或截面图进行描述。因此，可根据制造技术和/或容限来修改示例图示。

在不冲突的情况下，本公开各实施例及实施例中的各特征可相互组合。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

除非另外限定，否则本公开所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本公开的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本公开明确如此限定。

本公开实施例不限于附图中所示的实施例，而是包括基于制造工艺而形成的配置的修改。因此，附图中例示的区具有示意性属性，并且图中所示区的形状例示了元件的区的具体形状，但并不是旨在限制性的。

如图1所示，本实施例提供一种天线装置，该天线装置包括天线单元1和调向单元2。其中，天线单元1用于发送射频信号，调向单元2与天线单元1相连，调向单元2用于调整射频信号的发送方向，并按照所需的发送方向调制射频信号后，将射频信号输入给天线单元1，使天线单元1将射频信号朝向调向单元2调整的方向发射。

本实施例提供的天线装置，由于设置了调向单元2，调向单元2能够调整射频信号的发送方向，因此能够提高射频信号指向性，从而提高天线装置发送射频信号的准确性，并且天线装置在不同的安装环境中，发送射频信号时信号质量最好的方向不同，由于具有调向单元2，可以提高天线装置的环境适应性。

可选地，如图1所示，在本实施例提供的天线装置中，天线单元1可以采用天线阵列的结构，即天线单元1包括多个天线子单元11，多个天线子单元11呈阵列排布。其中，天线子单元11采用串行的方式连接，例如，每一列天线子单元11相连，形成一个天线单元组，或者，每一行天线子单元11相连，形成一个天线单元组，在发送射频信号时，射频信号经过调向单元2后分为多路射频子信号，一个天线单元组对应接收一路射频子信号。本实施例提供的天线装置中，天线单元1采用串行馈电的方式，将位于同列或同行的天线子单元11相连后馈电，从而可以省去额外设置功分馈电网络，直接通过每组天线单元组的连接口对该组天线单元组中的各个天线子单元11进行馈电，因此有效降低了射频信号传输的损耗，从而提高了天线单元1的辐射效率。

可选地，在本实施例提供的天线装置中，多个天线子单元11可以为多种类型的天线，例如贴片天线、单极子天线、振子天线等，本实施例中对天线子单元11的类型不做限制。

进一步地，如图2所示，以天线子单元11为贴片天线为例，天线单元1可以包括基板3、参考电极板4和多个第一电极片01。其中，参考电极板4设置在基板3一侧，多个第一电极片01设置在基板3背离参考电极板4一侧，每个第一电极片01、基板3上对应该第一电极片01的区域、参考电极板4上对应该第一电极片01的区域相组合形成一个天线子单元11(即贴片天线)，多个天线子单元11中的第一电极片01在基板3上的正投影，位于参考电极板4在基板3上的正投影内，也就是说，也就是说，参考电极板4为一整面的电极，与多个第一电极片01相对设置，且参考电极板4的面积大于多个第一电极片01的面积之和，参考电极板4用于提供参考电压，因而参考电极板4的电位小于第一电极片01的电位。基板3即为介质基板，基板3的厚度小于自由空间波长，且基板3的介电常数根据第一电极片01和参考电极板4的材料设置，例如，基板3的介电常数在2.2～12之间。若天线子单元11为贴片天线，贴片天线的辐射是由第一电极片01的边缘与参考电极板4之间的窄缝形成的，根据等效原理，窄缝上电场的辐射可由面磁流来等效，由于沿第一电极片01的长度方向相距半个线上波长的两缝上电场等幅反向，因而对应的面磁流等幅同向，根据二元阵列的理论可知，贴片天线的辐射场在第一电极片01的法线方向呈最大值，即边射辐射。

可选地，基板3可以采用各种类型的材料，例如玻璃，本实施例中皆以基板3为玻璃基板为例进行说明。

可选地，天线子单元11中的第一电极板01的形状可以为各种形状，例如可以为矩形、圆形、椭圆形、五角形、圆环形、三角形、圆环形、扇形等，具体的可以根据需要设计，在此不做限定。以下皆以第一电极板01的形状为矩形为例进行说明。

可选地，天线子单元11中的第一电极片01的材料可以采用各种类型的导电材料，例如，第一电极片01的材料可以为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)，在制作天线单元1时，可在基板3通过磁控溅射(Sputter)工艺形成一层ITO，再对ITO进行图案化，形成多个第一电极片01，采用ITO制作第一电极片01，ITO具有良好的透光性和导电性，若基板3为玻璃基板，则能够实现天线装置的透明化，若将天线装置安装在窗户等位置，则能够避免天线装置遮挡光线。

可选地，如图1、图2所示，在天线单元1中，多个天线子单元11呈阵列排布，也即多个第一电极片01呈阵列排布在基板3背离参考电极板4一侧，每一行或每一列第一电极片01通过连接线12串接，形成一天线单元组。连接线12可以为微带线或同轴线，在此不做限定。

可选地，如图1、图3所示，在本实施例提供的天线装置中，调向单元2包括传输线21，传输线21按照巴特勒矩阵的形状设置，具体参见图3，图4为图1中传输线21形成的巴特勒(butler)矩阵，巴特勒矩阵能够实现调整射频信号的方向。

进一步地，如图1、图3所示，传输线21形成的巴特勒矩阵包括多个输入端口(例如图3中第一输入端口P1-第四输入端口P4)和多个输出端口(例如图3中第一输出端口P5-第四输出端口P8)，每个输出端口连接一天线单元组。每个输入端口均可与多个输出端口相连通，且每个输入端口与不同的输出端口之间的连接路径不同，以图3为例，即第一输入端口P1可连通第一输出端口P5、第二输出端口P6、第三输出端口P7、第四输出端口P8，同理，第二输入端口P2、第三输入端口P3、第四输入端口P4也可连通第一输出端口P5-第四输出端口P8，若射频信号从第一输入端口P1-第四输入端口P4中的任一端口输入，例如从第一输入端口P1输入，则射频信号从第一输入端口P1流向第一输出端口P5的路径(即连接路径)、流向第二输出端口P6的路径、流向第三输出端口P7的路径、流向第四输出端口P8的路径各不相同，因此，射频信号从多个输入端口中的一个输入端口输入巴特勒矩形后，射频信号被分为多路射频子信号，射频子信号的数量和输出端口的数量相同，各射频子信号分别流向各个输出端口，由于不同的射频子信号从同一输入端口分别流入各个输出端口的路径不同，因此不同输出端口对应的射频子信号的相位延迟、幅度不同，从而具有不同相位延迟、幅度的射频子信号通过不同的输出端口流入与输出端口连接的各个天线单元1的天线单元组中，可以使不同的天线单元组形成对应接收到的射频子信号的相位延迟和幅度的波束，不同天线单元组形成的波束进行能量合成，最终合成为一个朝固定方向发送的波束(即射频信号)，射频信号从不同的输入端口输入巴特勒矩形中，所对应的波束的发送方向不同，因此，通过选择调向单元2中的巴特勒矩阵的不同输入端口输入射频信号，可以调整天线单元1中的各个天线单元组合成的波束的发送方向，从而实现调整天线单元1发送的射频信号的发送方向，以提高射频信号的指向性。传输线21形成的巴特勒矩阵即为无源多波束成形网络，其损耗小、制作工艺简单，从而可以用简单的结构实现调整射频信号的发送方向，提高信号利用率。若天线装置安装在某一位置，可以先对天线装置中的调向单元2中传输线21形成的巴特勒矩阵的多个输入端口进行测试，从不同输入端口输入射频信号，确定不同的发送方向的射频信号的质量，以确定最优的射频信号的发送方向对应的输入端口，从而固定从该输入端口输入射频信号，以保证射频信号的质量。通过设置形成巴特勒矩阵的传输线21中对应巴特勒矩阵的各部分的长度，巴特勒矩阵的形状等，可以具体确定输出端口的射频信号的传播方向。

进一步地，巴特勒矩阵具体的输入端口与输出端口的数量可以根据需要设置，输入端口与输出端口的数量可以相同，也可以不同，若巴特勒矩阵包括四个输入端口和四个输出端口，天线单元1包括四组天线单元组，第一输出端口P5连接第一列天线单元组，第二输出端口P6连接第二列天线单元组，第三输出端口P7连接第三列天线单元组，第四输出端口P8连接第四列天线单元组。

进一步地，如图5所示，传输线21形成的巴特勒矩阵具体可等效为由90°电桥、交叉耦合器、移相器构成。以巴特勒矩阵包括四个输入端口(P1-P4)和四个输出端口(P5-P8)，天线单元1包括四组天线单元组为例，传输线21形成的巴特勒矩阵可等效为如图5所示的电路，包括4个90°电桥、一个交叉耦合器和-45°移相器，由电路原理可知，从不同的输入端口(第一输入端口P1-第一四输入端口P4)输入射频信号时，输出端口的相位差分别为-45°、135°、-135°和45°。

可选地，如图1、图4所示，图4为沿图1中A-B方向剖切的剖面图。调向单元2中形成巴特勒矩阵的传输线21可以包括多种传输线，例如传输线21可以为微带传输线。如图4所示，为微带传输线的传输线21设置在基板3上，基板3背离传输线21的一侧设置有参考电极板4，为微单传输线的传输线21、基板3对应微带传输线的区域、参考电极板4对应微带传输线的区域组合形成微带线结构。微带传输线的特性阻抗可以由基板3的厚度、微带传输线(即传输线21)的宽度确定，在一些实施例中，微带传输线的阻抗与向调向单元2输入射频信号的装置的阻抗相等。基板3即为介质基板，参考电极板4的电位低于微带传输线的电位。根据上述，若天线单元1中的天线子单元11为贴片天线，则调向单元2中微带传输线下的基板3和参考电极板4与天线子单元11中的基板3、参考电极板4共用，即多个第一电极片01和微带传输线(即传输线21)同层设置在基板3之上，参考电极板4设置在基板3的对侧。

可选地，传输线21的材料可以包括多种材料，例如传输线21的材料为ITO。若天线单元1中的第一电极片01的材料也为ITO，则传输线21与第一电极片01可以在同一制作步骤中完成，即在制作天线装置时，可在基板3通过磁控溅射(Sputter)工艺形成一层ITO，再对ITO对于天线单元1和调向单元2的区域进行图案化，在天线单元1的区域形成多个第一电极片01，在调向单元2的区域形成传输线21，从而简化天线装置的制作工艺。

相应地，本实施例还提供一种客户前端设备(Customer Premise Equipment，CPE)，包括上述天线装置。在5G通信中，CPE可以将基站的5G信号转换为WIFI信号，因此不需要将用户终端升级为5G标准的终端，就可以通过CPE设备接入5G网络。而本实施例提供的天线装置应用在CPE中，在CPE与5G基站建立信号时，可调整CPE发送的信号的方向。

可选地，如图6所示，客户前端设备包括天线装置001，还包括客户前端主机002，客户前端主机002将射频信号发送给天线装置001，客户前端主机002与天线装置001通过射频电缆003相连，为了减少射频信号的损耗，需要对客户前端主机002、天线装置001、射频电路003进行阻抗匹配，客户前端主机002的输出端口的阻抗与射频电缆003的阻抗、天线装置001中的调向单元2的输入端口的阻抗相同，例如，若客户前端主机002的输出端口的阻抗为50Ω，则射频电缆003的阻抗、天线装置001中的调向单元2的输入端口的阻抗为50Ω，具体的可以根据需要设置，在此不做限定。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种天线装置，其特征在于，包括天线单元和调向单元；

所述天线单元用于发送射频信号；

所述调向单元与所述天线单元相连，用于调整所述射频信号的发送方向。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线单元包括多个天线子单元，多个所述天线子单元呈阵列排布；其中，每一列或每一行天线子单元相连，形成一个天线单元组。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述天线单元包括基板、参考电极板和多个第一电极片；其中，

所述参考电极板设置在所述基板一侧，多个所述第一电极片设置在所述基板背离所述参考电极板一侧；每个所述第一电极片、所述基板对应该第一电极片的区域、所述参考电极板对应该第一电极片的区域形成一所述天线子单元。

4.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，所述第一电极片的材料包括氧化铟锡。

5.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述调向单元包括传输线，所述传输线按照巴特勒矩阵的形状设置。

6.根据权利要求5所述的天线装置，其特征在于，所述传输线为微带传输线。

7.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述调向单元包括传输线，所述传输线按照巴特勒矩阵的形状设置；

所述传输线形成的巴特勒矩阵包括多个输入端口和多个输出端口，每个所述输出端口连接一所述天线单元组；每个所述输入端口均与多个所述输出端口相连通，且每个所述输入端口与不同的所述输出端口的连接路径不同。

8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述传输线形成的巴特勒矩阵包括四个输入端口和四个输出端口。

9.一种客户前端设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的天线装置。

10.根据权利要求9所述的客户前端设备，其特征在于，还包括：客户前端主机，所述客户前端主机将所述射频信号发送给所述天线装置；所述客户前端主机与所述天线装置通过所述射频电缆相连，所述客户前端主机的输出端口的阻抗与所述射频电缆的阻抗、调向单元的输入端口的阻抗相同。

Images