CN112490675A

CN112490675A - 天线结构

Info

Publication number: CN112490675A
Application number: CN202011381838.1A
Authority: CN
Inventors: 张亚斌
Original assignee: Changzhou Ketewa Electronics Co ltd
Current assignee: Changzhou Ketewa Electronics Co ltd
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2021-03-12

Abstract

本发明提供了一种天线结构，该天线结构包括天线壳体和设置于天线壳体内部的天线装置，天线装置包括底板和设置在底板上的N根天线，N为大于4、小于9的整数，底板的上表面分别设置有第一至第八位置，N根天线分别放置于第一位置至第八位置中的N个位置，每个位置放置不超过一根的天线，天线的工作频段包括以下至少一种：2G、3G、4G、5G、WiFi和V2X频段。通过在底板上设置供N根天线放置的八个位置，N根天线中的每根天线在放置过程中可以选择8个位置中的任意一个位置，增加了天线放置时的灵活性，同时天线可以兼容2G、3G、4G、5G、WiFi和V2X的通信效果，在不同的使用环境下，可以选择不同工作频段的天线。

Description

天线结构

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及天线结构。

背景技术

天线是一种用来发射或接收无线电波的设备，广泛应用于广播和电视、点对点无线电通讯、雷达和太空探索等系统。

现有的多频段天线为了保证天线之间的隔离度，大多通过增大天线尺寸、占用更多空间来实现，导致天线结构不够紧凑，空间利用率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天线结构，解决现有技术的多频段天线结构不够紧凑，空间利用率低的问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种天线结构，包括天线外壳和设置于所述天线外壳内部的天线装置，所述天线装置包括底板和设置在所述底板上表面的N根天线，N为大于4、小于9的整数，其中：

所述底板具有相对的第一侧边和第二侧边、相对的第三侧边和第四侧边、连接所述第三侧边和所述第四侧边的第一连线以及经过所述第一连线并垂直于所述底板的第一平面；

所述底板的上表面分别设置有第一至第八位置，所述N根天线分别放置于所述第一位置至所述第八位置中的N个位置，每个所述位置放置不超过一根的所述天线；

所述第一位置邻近所述第一侧边和所述第三侧边的交点处，所述第二位置邻近所述第一侧边和所述第四侧边的交点处，所述第三位置邻近所述第一侧边且位于所述第一位置与所述第二位置之间；

所述第四位置邻近所述第二侧边和所述第三侧边的交点处，所述第五位置邻近所述第二侧边和所述第四侧边的交点处，所述第六位置邻近所述第二侧边且位于所述第四位置和所述第五位置之间；

所述第七位置邻近所述第三侧边且位于所述第一位置与所述第四位置之间，所述第八位置邻近所述第四侧边且位于所述第二位置与所述第五位置之间；

在所述第一位置、所述第二位置、所述第四位置和所述第五位置处放置所述天线时，所述天线与所述第一平面平行或近似平行，在所述第三位置、所述第六位置、所述第七位置和所述第八位置处放置所述天线时，所述天线与所述第一连线垂直或近似垂直；

所述天线的工作频段包括以下至少一种：2G、3G、4G、5G、WiFi和V2X频段。

该技术方案的有益效果在于，通过在底板上设置供N根天线放置的八个位置，N根天线中的每根天线在放置过程中可以选择8个位置中的任意一个位置，增加了天线放置时的灵活性，8个位置均邻近底板的四周边沿，且各个位置之间均保持一定的距离，在保证隔离度的前提下使天线结构更紧凑，充分利用底板空间，布局更为合理。

在一些可选的实施例中，N根所述天线的工作频段均包括2G、3G、4G、5G、WiFi和V2X频段。该技术方案的有益效果在于，可以使天线实现兼容2G、3G、4G、5G、WiFi和V2X的通信效果，在不同的使用环境下，可以选择不同工作频段的天线。

在一些可选的实施例中，所述天线的数量为8根，其中4根所述天线的工作频段为5G频段，另外4根所述天线的工作频段为4G频段。该技术方案的有益效果在于，可以使天线实现兼容4G、5G的通信效果。

在一些可选的实施例中，所述天线的数量为8根，其中4根所述天线的工作频段为5G频段，另外4根所述天线的工作频段为WiFi频段。该技术方案的有益效果在于，可以使天线实现兼容5G、WiFi的通信效果。

在一些可选的实施例中，所述天线包括基板和设置于所述基板上的辐射体，所述辐射体的上部贴近所述基板的上端，所述辐射体的下部轮廓近似开口向上的抛物线，所述辐射体的下部邻近所述基板下端处设置有向下延伸的辐射臂。该技术方案的有益效果在于，可以降低天线的电压驻波比，增大天线之间的隔离度，提高天线的辐射效率。

在一些可选的实施例中，所述底板为矩形底板，所述底板的长宽比介于2:1和1:1之间。该技术方案的有益效果在于，可以使N根天线在底板上的布局更为合理，满足天线之间的隔离度要求。

在一些可选的实施例中，所述底板的长宽比介于5:3和4:3之间。该技术方案的有益效果在于，可以使天线之间的隔离度达到较佳的效果，且天线主体结构更为紧凑。

在一些可选的实施例中，所述底板的长度为400mm，宽度为260mm。该技术方案的有益效果在于，在保证天线间隔离度的前提下，进一步改进天线主体结构，使其更为紧凑。

在一些可选的实施例中，所述天线装置还包括设置在所述底板上表面的定位模块、第一WiFi天线和第二WiFi天线，所述定位模块邻近所述底板的中心处，所述第一WiFi天线平行或近似平行于所述第一平面且位于所述第七位置与所述定位模块之间，所述第二WiFi天线平行或近似平行于所述第一平面且位于所述第八位置与所述定位模块之间。该技术方案的有益效果在于，定位模块可以提供定位服务，WiFi天线可以提供备用的无线网络通信服务。

在一些可选的实施例中，所述天线结构是轨道交通天线。该技术方案的有益效果在于，该天线结构适用于地铁、轻轨、高铁或其它轨道交通车辆。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种天线结构的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种天线装置的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的一种天线辐射体和天线基板的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的一种天线的电压驻波比测试结果图。

图5是本发明实施例提供的一种第一天线和第二天线之间的隔离度测试结果图。

其中：10、底板；101、第一侧边；102、第二侧边；103、第三侧边；104、第四侧边；105、第一连线；11、第一天线；111、基板；112、辐射体；12、第二天线；13、第三天线；14、第四天线；15、第五天线；16、第六天线；17、第七天线；18、第八天线；20、定位模块；21、第一WiFi天线；22、第二WiFi天线；30、天线外壳；31、同轴线。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

参照图1和图2，本发明实施例提供了一种天线结构，该天线结构包括天线外壳30和设置于所述天线外壳30内部的天线装置，天线外壳30可以是塑胶材质，如ABS或PC。该天线结构尤其用作轨道交通天线，适用于地铁、轻轨、高铁或其它轨道交通车辆。

天线装置包括底板10和设置在底板10上表面的N根天线，N为大于4、小于9的整数。底板10具有相对的第一侧边101和第二侧边102、相对的第三侧边103和第四侧边104、连接所述第三侧边103和所述第四侧边104的第一连线105以及经过所述第一连线105并垂直于所述底板10的第一平面，具体地，底板10可以是具有规则形状的底板10，第一连线105可以是底板10的中轴线。底板10还可以是PCB(即Printed Circuit Board，印制电路板，又称印刷线路板，是电子元器件的支撑体，以及电子元器件电气连接的载体)板，如双面FR-4板。

底板10的上表面分别设置有第一至第八位置，N根天线分别放置于第一位置至第八位置中的N个位置，每个位置放置不超过一根的天线，天线的放置数量可以依据具体使用环境进行调整。

本发明一些实施例中，第一位置邻近第一侧边101和第三侧边103的交点处，第二位置邻近第一侧边101和第四侧边104的交点处，第三位置邻近第一侧边101且位于第一位置与第二位置之间，第四位置邻近第二侧边102和第三侧边103的交点处，第五位置邻近第二侧边102和第四侧边104的交点处，第六位置邻近第二侧边102且位于第四位置和第五位置之间，第七位置邻近第三侧边103且位于第一位置和第四位置之间，第八位置邻近第四侧边104且位于第二位置和第五位值之间。通过在底板10上设置供N根天线放置的八个位置，N根天线中的每根天线在放置过程中可以选择8个位置中的任意一个位置，增加了天线放置时的灵活性；8个位置均邻近底板10的四周边沿，且各个位置之间均保持一定的距离，增加了天线之间的隔离度，整体布局合理。

本发明一些实施例中，在第一位置、第二位置、第四位置和第五位置处放置天线时，天线可以与第一平面平行或近似平行，在第三位置、第六位置、第七位置和第八位置处放置天线时，天线可以与第一连线105垂直或近似垂直。通过上述天线的摆放方式，使得天线在放置过程中与邻近位置处的天线相互垂直或近似垂直，从而增加了天线之间的隔离度，减小天线之间的互相影响。

本发明一些实施例中，底板10可以是矩形底板10，具体地，底板10的长宽比可以介于2：1和1：1之间，第一侧边101和第二侧边102可以是底板10的较长边，通过将底板10设置成上述形式，可以使N根天线在底板10上的布局更为合理，满足天线之间的隔离度要求。

本发明一些实施例中，底板10的长宽比可以介于5：3和4：3之间，具体地，底板10的长度可以是400mm，宽度可以是260mm，高度可以是84mm。通过设置上述形状的底板10，可以使天线之间的隔离度达到较佳的效果，且天线主体结构更为紧凑。

本发明一些实施例中，N根天线的工作频段包括以下至少一种：2G、3G、4G、5G、WiFi和V2X频段。具体地，N根天线的工作频段可以包括2G、3G、4G、5G、WiFi和V2X频段六种频段，为698-7200MHz。其中，5G频段可以是全球所有国家与地区的5G FR1频段。通过将天线设置成上述形式，可以使天线实现兼容2G、3G、4G、5G、WiFi和V2X的通信效果，在不同的使用环境下，可以选择不同工作频段的天线。

本发明一些实施例中，天线的数量可以为8根，即N＝8，N根天线包括第一天线11至第八天线18，其中4根天线的工作频段可以是5G频段，用作5G MIMO(即Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出技术，是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量)使用，另外4根天线的工作频段可以是4G频段，用作4G MIMO使用，通过将天线设置成上述形式，可以使天线实现兼容4G、5G的通信效果，同时改善通信质量。

本发明一些实施例中，天线的数量可以为8根，即N＝8，N根天线包括第一天线11至第八天线18，其中4根天线的工作频段可以是5G频段，用作5G MIMO使用，另外4根天线的工作频段可以是WiFi频段，用作WiFi MIMO使用，通过将天线设置成上述形式，可以使天线实现兼容5G、WiFi的通信效果，同时改善通信质量。

本发明一些实施例中，参照图3至图5，天线包括基板111和设置在基板111上的辐射体112，辐射体112的上部贴近基板111的上端，辐射体112的下部轮廓近似开口向上的抛物线，辐射体112的下部邻近所述基板111下端处设置有向下延伸的辐射臂，通过将天线设置成上述形式，可以降低天线的电压驻波比，增大天线之间的隔离度，提高天线的辐射效率，辐射效率大于50％。

在一具体实施方式中，天线的数量可以为8根，即N＝8，N根天线包括第一天线11至第八天线18，N根天线的工作频段可以均包括2G、3G、4G、5G、WiFi和V2X频段六种频段，为698-7200MHz，使用网络分析仪对任意一根天线进行测试，天线的电压驻波比如图4所示，可以看出，在天线的工作频段内，天线的电压驻波比均小于3.0，除频段边缘以外的其余频段处均小于2.0，图中：Tr1是指轨迹1，S11是指前向反射通道，SWR是指Y轴显示驻波比，X轴显示频率，Ref是指参考驻波比，Start是起点频率，Stop是终止频率，IFBW即中频带宽，是指网络分析仪接收机内部中频滤波器的带宽。

任选两根相邻的天线进行隔离度测试，如第一天线11和第二天线12，天线间的隔离度如图5所示，可以看出，天线在低频段处的隔离度，如698-960MHz处，大于10dB，天线在其余频段处的隔离度均大于20dB，图中：Tr2是指轨迹2，S12是指反向传输通道，Log Mag是指Y轴以对数形式显示振幅，X轴显示频率，Ref是指参考振幅，Start是起点频率，Stop是终止频率，IFBW即中频带宽，是指网络分析仪接收机内部中频滤波器的带宽。其他天线之间的隔离度由于相互之间的距离不小于第一天线11和第二天线12之间的距离，会比图5所示的第一天线11和第二天线12之间的隔离度更大。

本发明一些实施例中，基板111可以是双面FR-4板，天线可以采用超宽带形式，天线还可以使用微带线馈电方式馈电，通过将天线设置成上述形式，可以使天线的频带更宽，电性能更好。

本发明一些实施例中，参照图2，天线装置还可以包括设置在底板10上表面的定位模块20、第一WiFi天线21和第二WiFi天线22，具体地，定位模块20可以是GNSS天线，GNSS天线可以是双馈天线，定位模块20的工作频段可以包括GPS L1、北斗B1和Glonass G1频段，为1559-1610MHz。通过在底板10上设置定位模块和WiFi天线，定位模块可以提供定位服务，WiFi天线可以提供备用的无线网络通信服务。

本发明一些实施例中，继续参照图2，定位模块20邻近底板10的中心处，第一WiFi天线21平行或近似平行于第一平面且位于第七位置与定位模块20之间，第二WiFi天线22平行或近似平行于第一平面且位于第八位置与定位模块20之间，具体地，WiFi天线的工作频段可以是2.4-2.5GHz或5.15-5.85GHz，通过将定位模块20设置在邻近底板10中心处，对称性好，可以改善定位模块20的圆极化性能，WiFi天线与相邻的天线均垂直或近似垂直，可以增强WiFi天线与N根天线间的隔离度。

本发明一些实施例中，参照图1和图2，天线装置还可以包括射频连接器、同轴线31，底板10上设有供同轴线31穿过的通孔，具体地，射频连接器可以是FAKRA、SMA、SMB、IPEX中的任意一种，射频连接器可以与外部其它设备建立电气连接。在一具体实施方式中，射频连接器为SMA连接器，设置在底板10上的N根天线、WiFi天线和定位模块20通过射频连接器与同轴线31连接。

本发明从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其设置有的实用进步性，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本发明以上的说明及附图，仅为本发明的较佳实施例而已，并非以此局限本发明，因此，凡一切与本发明构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本发明专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本发明的专利申请保护的范围之内。

Claims

1.一种天线结构，其特征在于，所述天线结构包括天线外壳和设置于所述天线外壳内部的天线装置，所述天线装置包括底板和设置在所述底板上表面的N根天线，N为大于4、小于9的整数，其中：

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，N根所述天线的工作频段均包括2G、3G、4G、5G、WiFi和V2X频段。

3.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线的数量为8根，其中4根所述天线的工作频段为5G频段，另外4根所述天线的工作频段为4G频段。

4.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线的数量为8根，其中4根所述天线的工作频段为5G频段，另外4根所述天线的工作频段为WiFi频段。

5.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线包括基板和设置于所述基板上的辐射体，所述辐射体的上部贴近所述基板的上端，所述辐射体的下部轮廓近似开口向上的抛物线，所述辐射体的下部邻近所述基板下端处设置有向下延伸的辐射臂。

6.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述底板为矩形底板，所述底板的长宽比介于2:1和1:1之间。

7.据权利要求6所述的天线结构，其特征在于，所述底板的长宽比介于5:3和4:3之间。

8.据权利要求7所述的天线结构，其特征在于，所述底板的长度为400mm，宽度为260mm。

9.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线装置还包括设置在所述底板上表面的定位模块、第一WiFi天线和第二WiFi天线，所述定位模块邻近所述底板的中心处，所述第一WiFi天线平行或近似平行于所述第一平面且位于所述第七位置与所述定位模块之间，所述第二WiFi天线平行或近似平行于所述第一平面且位于所述第八位置与所述定位模块之间。

10.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构是轨道交通天线。