CN113708065B - 一种准全向天线及信号收发设备 - Google Patents

Abstract

一种准全向天线及信号收发设备，该准全向天线包括：壳体，壳体包括朝向安装区域边界的金属背壳和与金属背壳相对设置的前壳；壳体内设置有前向天线，前向天线沿背离金属背壳方向辐射；壳体内还设置有两个侧位天线，两个侧位天线中的第一侧位天线和第二侧位天线相对设置在前向天线的两侧；两个侧位天线中的每个侧位天线的金属地与金属背壳信号连接，以使每个侧位天线的辐射区域包括金属背壳与安装区域边界间的至少部分区域；每个侧位天线的辐射区域与前向天线的辐射区域之间具有重叠区域。该准全向天线可以在缩小天线装置体积的同时，保证天线的高增益。

Description

一种准全向天线及信号收发设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及到一种准全向天线及信号收发设备。

背景技术

室外WLAN(wireless local area networks，无线局域网)覆盖场景中，一般采用全向天线做成的天馈系统。其中，全向天线是指在平面中均匀辐射的天线，天馈系统是指天线向周围空间辐射电磁波的系统。采用全向天线一方面成本较低，另一方面可直接进行安装，安装操作十分便利。

在全向天线的实际应用中，由于用户希望全向天线形成的天线装置更为美观且不易被直观发现，在安装时，天线装置一般挂设在墙壁上或者通过抱杆设置在场地边缘。而且，在设计上，将天线装置的全向天线进行“隐藏”。出于保持全向天线高增益的目的，部分天线装置强行将全向天线融合到产品内部。如图1中的结构，4根全向天线02沿a方向直接设置在柱状主体1一端侧，形成如图2中的结构。且如图3中所示采用美化罩03对天线进行遮盖。由图1、图2以及图3所示出的结构可知，天线装置虽然采用美化罩03遮盖将柱状主体01一端侧的全向天线02遮盖，使全向天线02收纳至产品内部，但是产品的整体长度被全向天线02拉长，增大了整个天线装置产品的尺寸，使得整个天线装置产品较为显眼。反之，当以控制天线装置整体尺寸为前提时，天线装置预留给天线的安装空间较小。这就使得全向天线长度受限，而全向天线的长度减小会导致天线增益过小。而且，多组全向天线放置在较小的安装空间内时，各天线之间的天线和电路板会发生相互影响，产生遮挡或反射现象。

综上所述，现有技术中的天线装置在保持天线高增益的前提下，天线装置的尺寸就会变大，而在保持天线装置尺寸的前提下，天线的增益就会减小，天线装置小型化与天线高增益这两个需求不能同时满足。

发明内容

本申请提供一种准全向天线及信号收发设备，以在缩小天线装置体积的同时，保证天线的高增益。

一方面，本申请提供一种准全向天线，该准全向天线可以直接挂设在墙壁上，也可以通过安装杆设置在安装区域内。可选地，当安装区域为操场时，该准全向天线一般安装于操场的边缘，由于人群分布和安装杆体的影响，天线实现后向辐射的重要性不大。基于此，当安装区域为操场时，可以通在安装区域的边缘竖立杆柱，在杆柱上安装该准全向天线。此时，该准全向天线内的金属背壳朝向安装区域的边缘，相应的，与金属背壳相对设置的前壳朝向安装区域内部。至于位于前向天线两侧区域、相对设置的两个侧位天线，每个侧位天线内的金属地与金属背壳之间信号连接。金属背壳作为侧位天线金属地的一部分，该结构可以扩大侧位天线内金属地的总面积，使得金属背壳也参与辐射。此时，每个侧位天线辐射出的能量分布在金属背壳与安装区域边界之间的区域，而不是被金属背壳反射。基于此，每个侧位天线的辐射区域与前向天线的辐射区域之间形成重叠区域，能够避免侧位天线与前向天线间产生辐射缺口，从而提升该准全向天线的增益。

该准全向天线由两个侧位天线以及一个前向天线组合而成，侧位天线与前向天线只要在设置时合理利用壳体内部空间，即能够满足天线装置的小型化需求。而且，该准全向天线中，每个侧位天线内部的金属地与金属背壳连接，使得金属背壳也参与辐射，不再对侧位天线产生的能量进行反射，使得每个侧位天线的辐射能量同时分布在前后两侧，从而扩大每个侧位天线辐射能量的分布范围，进而提升该准全向天线的增益。

在具体设置该准全向天线时，基于PIFA(planner inverted F antenna，平面倒F型)天线在自身辐射中心两侧的辐射对称特性。可选地，第一侧位天线和第二侧位天线均采用PIFA天线，且设置前向天线的辐射范围为60°～80°，避免侧位天线与前向天线间产生辐射缺口，从而可以提升该准全向天线的增益。至于第一重叠区域与第二重叠区域的形状以及面积大小，则可以相同或者不同，在此不做限定。

在具体设置每个侧位天线的金属地与金属背壳时，一个可能实现的方式中：在金属背壳上直接搭接侧位天线金属地；另一个可能实现的方式中：侧位天线的金属地与金属背壳间耦合。可选地，第一侧位天线的金属地与金属背壳的信号连接方式为上述两种方式中的任意一种。同样可选地的，第二侧位天线的金属地与金属背壳的信号连接方式也为上述两种方式中的任意一种。即每个准全向天线中，第一侧位天线的金属地与金属背壳的连接方式与第二侧位天线的金属地与金属背壳的连接方式可以相同也可以不同。当采用侧位天线的金属地与金属背壳间耦合时，需要在金属地与金属背壳间形成小于1mm的间隙。

在具体设置前向天线与侧位天线时，可以按照需求设置前向天线包括的前向单元数量，以及，每个侧位天线包括的侧位天线单元数量。具体来说，每个前向单元包括一个或者多个前向天线单元，同样的，每个侧位天线包括一个或者多个侧位天线单元。当前向天线包括不止一个单元和/或每个侧位天线包括不止一个单元时，该准全向天线即可以满足MIMO(multiple-in multipleout，多进多出)技术。该技术能充分利用空间资源，通过该准全向天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍地提高系统信道容量。

另一方面，本申请还提供了一种信号收发设备，该信号收发设备包括准全向天线，准全向天线为上述技术方案中的任意一种准全向天线。该准全向天线由两个侧位天线以及一个前向天线组合而成，侧位天线与前向天线在设置上合理利用壳体内部空间，从而满足天线装置的小型化需求。而且，该准全向天线中，每个侧位天线内部的金属地与金属背壳连接，使得金属背壳也参与辐射，不再对侧位天线产生的能量进行反射，使得每个侧位天线的辐射能量同时分布在前后两侧，扩大每个侧位天线辐射能量的分布范围，进而提升该信号收发设备内准全向天线的增益。

附图说明：

图1为现有技术中的天线产品结构示意图；

图2为现有技术中的天线产品结构示意图；

图3为现有技术中的天线产品结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种准全向天线的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种准全向天线的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种准全向天线的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种准全向天线的结构示意图；

图8为对应图4中准全向天线的内部结构示意图；

图9为对应图4中准全向天线的内部结构示意图；

图10为对应图9中结构的准全向天线辐射角度的示意简图；

图11为本申请实施例提供的准全向天线的方向图；

图12为对应图11的准全向天线的实测组合方向图；

图13为图4中结构沿延伸方向的截面示意图；

图14为本申请实施例提供的一种准全向天线的内部结构示意图；

图15为本申请实施例提供的一种准全向天线的内部结构示意图；

图16为本申请实施例提供的一种准全向天线的内部结构示意图；

图17为本申请实施例提供的一种准全向天线的内部结构示意图；

图18为本申请实施例提供的一种信号收发设备的结构示意图。

具体实施方式

首先介绍一下本申请的应用场景：基于全向天线成本低以及易于安装的优点，在室外WLAN覆盖场景中，一般会采用全向天线。目前，全向天线被收纳至天线装置内部，以对天线装置进行美化，满足用户的观赏性需求。但是，现有技术中的天线装置在将全向天线融合至装置内部时，若要保持天线高增益，则无法减小天线装置的体积；若要保持天线装置整体小型化，则无法保证天线的高增益。

基于上述应用场景，本申请实施例提供了一种准全向天线，以在缩小天线体积的同时，保证天线的高增益。该全向天线可以直接挂设在墙壁上，也可以通过安装杆设置在安装区域内。示例性地，当安装区域为操场时，由于人群分布和安装杆体的影响，天线在后向辐射的重要性不大。因此，可以在安装区域的边缘竖立杆柱，在杆柱上安装该准全向天线。

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

本申请实施例提供一种准全向天线。可选地，该准全向天线的壳体1形状为如图4所示出的圆柱体、如图5所示出的长方体、如图6所示出的球形以及如图7所述示出的不规则状。当然，壳体1的形状还可以为其他形状，在此不再赘述。现以准全向天线的壳体1为如图4所示出的圆柱体为例进行说明。图8对应图4中准全向天线的内部结构示意图。如图8中所示出的结构，本申请实施例提供的准全向天线包括圆柱状的壳体1、前向天线2和置于前向天线2两侧的两个侧位天线3。其中，壳体1由两部分形成。一部分为用于朝向安装区域边界的金属背壳11。该金属背壳11一方面发挥散热的作用，另一方面配合前壳12构成封闭的整机结构。另一部分为前壳12。可选地，该前壳12可由塑料制备，也可以由金属等其他材料制备。应理解，前壳12与金属背壳11的配合形式并不限于该图中的结构。

如图9示出的结构，本申请实施例提供的壳体1内设置有一个前向天线2、一个第一侧位天线31和一个第二侧位天线32，三个天线均置于壳体1内部，且三个天线在空间布局上合理，能够缩小壳体1的体积，进而缩小该准全向天线的体积。为了便于对该准全向天线的结构进行清晰的描述，将A方向称为壳体1的正前方，C方向称为壳体1的正后方，B方向称为壳体1的正左侧，D方向称为壳体1的正右侧。同时规定，前向天线2在辐射中心的辐射方向朝向A方向；第一侧位天线31在辐射中心的辐射方向朝向B方向，第二侧位天线32在辐射中心的辐射方向朝向D方向。应理解，此处规定仅是为了便于对该准全向天线进行清晰的描述，在实际应用中，前向天线2在辐射中心的辐射方向、第一侧位天线31在辐射中心的辐射方向以及第二侧位天线32在辐射中心的辐射方向可以根据设计需求进行变化，并不限制于上述结构。现结合以上具体结构，同时以第一侧位天线31与第二侧位天线32均为PIFA天线进行说明。

图10为对应图9中结构的准全向天线辐射角度的示意简图。请参见图10，前向天线2的辐射角度为a1，a1可以为60°～80°。第一侧位天线31的辐射角度范围为a2，a2的范围可以为0°～180°。同样的，第二侧位天线32的辐射角度范围为a3，a3的范围可以为0°～180°。具体来说，本申请实施例提供的准全向天线内第一侧位天线31的金属地与金属背壳11间信号连接，将金属背壳11作为第一侧位天线31地的一部分，扩大了第一侧位天线31的地的面积。此时，第一侧位天线31向后方辐射的能量，即c1角度范围内的能量不再被金属背壳11反射。至于信号连接的方式可以采用直接搭接的方式，也可以在第一侧位天线31的金属地与金属背壳11间设置小于1mm间隙的耦合方式。同样的，基于相同的原理，第二侧位天线32向后方辐射的能量，即c2角度范围内的能量也不再被金属背壳11反射。此外，应理解a3与a2的大小可以相同也可以不同。在具体设置a3与a2时，为了避免第一侧位天线31与前向天线2间和/或第二侧位天线32与前向天线2间产生辐射缺口，第一侧位天线31的辐射区域与前向天线2的辐射区域间存在第一重叠区域b1，第二侧位天线32的辐射区域与前向天线2的辐射区域间存在第二重叠区域b2。应理解，b1与b2的大小可以相同也可以不同。结合图10参见图11，如图11所示为准全向天线的辐射方向图，其中，线L围成的区域由前向天线2辐射形成，线M围成的区域由第一侧位天线31辐射形成，线N围成的区域由第二侧位天线32辐射形成。具体如图10和图11所示，第一侧位天线31和第二侧位天线32在前后两个方向上均有辐射能量分布，扩大了第一侧位天线31和第二侧位天线32辐射能量的分布范围。在此基础上，图12所示为对应图11的准全向天线的实测组合方向图，由图12可知，本申请实施例提供的准全向天线的能量分布范围广，可以提升该准全向天线的增益。

可选地，如图13所示，在本申请实施例提供的准全向天线的壳体1内，设置：前向天线2可以包括一个或者多个前向天线单元21。第一侧位天线31可以包括一个或者多个第一侧位天线单元311，每个第一侧位天线单元311即为一个PIFA天线。应理解，多个第一侧位天线单元311采用的PIFA天线可以不相同，即每个PIFA天线可以根据使用需求进行变化。同样的，第二侧位天线32可以包括一个或者多个第二侧位天线单元321，每个第二侧位天线单元321，即为一个PIFA天线。多个第二侧位天线单元321采用的PIFA天线也可以不相同，即每个PIFA天线可以根据使用需求进行变化。在具体设置上述数量时存在多种实施方式，包括但不限于以下几个实施方式。

实施方式一：结合图13参见图14，壳体1内的前向天线2包括一个前向天线单元21，第一侧位天线31包括一个第一侧位天线单元311(由于视图角度问题，图14中未示出)，第二侧位天线32一个第二侧位天线单元321。

实施方式二：该实施方式在实施方式一基础上形成，其与实施方式一的区别点在于，第二侧位天线32包括多个第二侧位天线单元321。

实施方式三：该实施方式在实施方式一基础上形成，其与实施方式一的区别点在于，第一侧位天线31包括多个第一侧位天线单元311。

实施方式四：该实施方式在实施方式一基础上形成，其与实施方式一的区别点在于：第一侧位天线31包括多个第一侧位天线单元311，且第二侧位天线32包括多个第二侧位天线单元321。

结合图13来看，上述实施方式一至实施方式四中，仅是对壳体1内设置的第一侧位天线31所包含第一侧位天线单元311，以及，第二侧位天线32所包含的第二侧位天线单元321的数量进行一个或者多个的变化，始终控制前向天线2包括一个前向天线单元21。应理解，当前向天线2包括多个前向天线单元21时，还存在以下几个实施方式。

实施方式五；该实施方式在实施方式一基础上形成，其与实施方式一的区别点在于，前向天线2包括多个前向天线单元21。

实施方式六：该实施方式在实施方式二基础上形成，其与实施方式一的区别点在于，前向天线2包括多个前向天线单元21。

实施方式七；该实施方式在实施方式三基础上形成，其与实施方式一的区别点在于，前向天线2包括多个前向天线单元21。

实施方式八：该实施方式在实施方式四基础上形成，其与实施方式一的区别点在于，前向天线2包括多个前向天线单元21。

需要说明的是，上述实施方式五将实施方式一中的前向天线2内的前向天线单元21数量由“一个”变为多个，仅是数量上的变更，因此未以图示出；同样的，上述实施方式六将实施方式二中的前向天线2内的前向天线单元21数量由“一个”变为多个，仅是数量上的变更，因此未以图示出；同样的，上述实施方式七将实施方式三中的前向天线2内的前向天线单元21数量由“一个”变为多个，仅是数量上的变更，因此未以图示出；同样的，上述实施方式八将实施方式四中的前向天线2内的前向天线单元21数量由“一个”变为多个，仅是数量上的变更，因此未以图示出。

值得注意的是，上述各实施例中的“多个”指大于1的任意整数。应理解，前向天线2对应的“多个”，第一侧位天线31对应的“多个”以及第二侧位天线32对应的“多个”可以相同或者不同。当前向天线2、第一侧位天线31以及第二侧位天线32将各自对应的“多个”设成大于1的任意整数时，还可在实施例方式二至实施方式八的基础上组合形成多个具体实施方式，例如，第一侧位天线31包括两个第一侧位天线单元311，第二侧位天线32包括三个第二侧位天线单元321，前向天线2包括五个前向天线单元21，在此不再赘述。

需要说明的是，当设置各实施例中的多个指大于1的任意整数，该准全向天线即可以满足MIMO技术。该技术能充分利用空间资源，通过该准全向天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍地提高系统信道容量。

在具体设置本申请实施例提供的准全向天线时，图15为图4中结构沿柱状的壳体1长度延伸方向形成的截面示意图。结合图4参见图15，可以在壳体1内部设置第一安装板4和第二安装板5，且利用支撑结构将第二安装板5平行设置于第一安装板4背离金属背壳11的一侧；在第二安装板5背离金属背壳11的一侧形成用于安装前向天线2的安装面，且在第二安装板5与第一安装板4之间形成有用于放置侧位天线3的容纳腔6。

另外，此处的容纳腔6应该与侧位天线3满足一一对应的关系，例如图16所示出的结构，当前向天线单元21与第二侧位天线单元321的数量均为一个时，安装面上安装一个前向天线单元21，且在前向天线单元21的相对两侧设置容纳腔6。具体来说，设置放置第二侧位天线单元321一侧的容纳腔6的数量为1，该容纳腔6内部设置有一个第二侧位天线单元321。

又例如图17所示出的结构，当前向天线单元21和第二侧位天线单元321均为两个时，在安装面上设置2个前向天线单元21，使得两个前向天线单元21沿壳体1的柱状延伸方向排列。且在前向天线单元21的相对两侧设置容纳腔6。具体来说，设置放置第二侧位天线单元321一侧的容纳腔6数量为2，每个容纳腔6内放置一个第二侧位天线单元321。

本申请实施例还提供一种信号收发设备，该信号收发设备包括准全向天线，该准全向天线为上述技术方案提供的任意一种准全向天线。在本申请实施例提供的信号收发设备中，如图18所示出的结构，准全向天线的壳体1与安装件7连接。其中，安装件7以杆柱形式示出。应理解，安装件7还可以为其它结构形式，在此不再赘述。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种准全向天线，其特征在于，包括：壳体，所述壳体包括朝向安装区域边界的金属背壳和与所述金属背壳相对设置的前壳；

所述壳体内设置有前向天线，所述前向天线沿背离所述金属背壳方向辐射；

所述壳体内还设置有两个侧位天线，所述两个侧位天线中的第一侧位天线和第二侧位天线相对设置在所述前向天线的两侧；所述两个侧位天线中的每个侧位天线的金属地与所述金属背壳信号连接，以使所述每个侧位天线的辐射区域包括所述金属背壳与所述安装区域边界间的至少部分区域；所述每个侧位天线的辐射区域与所述前向天线的辐射区域之间具有重叠区域。

2.根据权利要求1所述的准全向天线，其特征在于，所述每个侧位天线为平面倒F型PIFA天线。

3.根据权利要求2所述的准全向天线，其特征在于，所述每个侧位天线的金属地与所述金属背壳间搭接。

4.根据权利要求2所述的准全向天线，其特征在于，所述每个侧位天线的金属地与所述金属背壳间耦合。

5.根据权利要求4所述的准全向天线，其特征在于，所述每个侧位天线的金属地与所述金属背壳之间具有间隙，且所述间隙的尺寸小于1mm。

6.根据权利要求2-5任一项所述的准全向天线，其特征在于，所述前向天线的辐射角度范围为60°~80°。

7.根据权利要求2-5任一项所述的准全向天线，其特征在于，所述第一侧位天线的辐射区域与所述前向天线的辐射区域之间形成第一重叠区域，所述第二侧位天线的辐射区域与所述前向天线的辐射区域之间形成第二重叠区域，其中：

所述第一重叠区域与所述第二重叠区域的形状或面积相同；或者，

所述第一重叠区域与所述第二重叠区域的形状或面积不相同。

8.根据权利要求2-5任一项所述的准全向天线，其特征在于，每个所述前向天线包括至少一个前向天线单元；和/或，

每个所述侧位天线包括至少一个侧位天线单元。

9.一种信号收发设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的准全向天线。

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