CN117855866B - 基于超材料透镜技术的高增益全向天线 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于超材料透镜技术的高增益全向天线，包括安装座、全向天线辐射单元及至少两个超材料透镜体。全向天线辐射单元设置于安装座上。所有超材料透镜体设置于安装座上，并环绕全向天线辐射单元的周向间隔布置，且与全向天线辐射单元的中心的间距相同。由于在安装座上设置包括至少两个超材料透镜体，并环绕全向天线辐射单元的周向间隔布置，且与全向天线辐射单元的中心的间距相同，也即将全向天线辐射单元放置在多个超材料透镜体的中心，利用超材料透镜体的聚焦功能，提高全向天线辐射单元的增益，可得到高增益全向天线。根据不同的应用场景，通过调整超材料透镜体的尺寸可将相关技术中的全向天线的增益提高2dBi～5dBi。

Description

基于超材料透镜技术的高增益全向天线

技术领域

本申请涉及透镜天线技术领域，特别是涉及一种基于超材料透镜技术的高增益全向天线。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，通过无线WiFi网络实现数据传输和交换是设备的基本功能配置。特别是室内环境复杂多样，尤其是在隔断墙体较多的情况下，信号穿透墙体时损耗较大，导致室内部分区域信号较弱，用户体验感差。

发明内容

基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种基于超材料透镜技术的高增益全向天线，它能够提高WiFi信号的增益，进而可以有效提高室内WiFi设备的信号更强的穿透能力，增大WiFi信号的覆盖面积，大大提升产品性能。

一种基于超材料透镜技术的高增益全向天线，所述基于超材料透镜技术的高增益全向天线包括：

安装座；

全向天线辐射单元，所述全向天线辐射单元设置于所述安装座上；

至少两个超材料透镜体，所有所述超材料透镜体设置于所述安装座上，各个所述超材料透镜体环绕所述全向天线辐射单元的周向间隔布置，且各个所述超材料透镜体的中心与所述全向天线辐射单元的中心的间距相同。

在其中一个实施例中，各个所述超材料透镜体的底面处于同一平面上，各个所述超材料透镜体的顶面处于同一平面上；各个所述超材料透镜体环绕所述全向天线辐射单元的周向等间隔布置；各个所述超材料透镜体距离所述全向天线辐射单元的焦距D为0.1λ～0.3λ，λ为工作频段的中心频点的波长。

在其中一个实施例中，所述超材料透镜体为圆柱形体；或者，所述超材料透镜体为正m棱柱，m为大于或等于6的偶数。

在其中一个实施例中，当所述超材料透镜体为圆柱形体时，所述超材料透镜体的直径R1为0.25λ～0.5λ，所述超材料透镜体的两个相对端面的距离H1为1.5λ～2.5λ，λ为工作频段的中心频点的波长；

当所述超材料透镜体设为正m棱柱时，所述超材料透镜体的外接圆的直径R2为0.25λ～0.5λ，所述超材料透镜体的两个相对端面的距离H2为1.5λ～2.5λ，λ为工作频段的中心频点的波长。

在其中一个实施例中，所述全向天线辐射单元为双频全向天线辐射单元；和/或，所述超材料透镜技术的高增益全向天线用于室内WiFi设备的外置天线。

在其中一个实施例中，所述基于超材料透镜技术的高增益全向天线的两个工作频段分别为2200MHZ～2690MHZ和5150MHZ～5850MHZ；和/或，所述基于超材料透镜技术的高增益全向天线的两个工作频段的增益分别为5dBi～7dBi和8dBi～10dBi。

在其中一个实施例中，所述基于超材料透镜技术的高增益全向天线还包括罩壳；所述罩壳罩设于所述安装座上，所述全向天线辐射单元及各个所述超材料透镜体均设置于所述罩壳的内部。

在其中一个实施例中，所述罩壳的外壁上设有连接件，所述连接件用于与室内WiFi设备相连。

在其中一个实施例中，所述罩壳包括第一罩设部及与所述第一罩设部相连的至少两个第二罩设部；所述第一罩设部罩设于所述全向天线辐射单元的外部；各个所述第二罩设部对应罩设于各个所述超材料透镜体的外部。

在其中一个实施例中，所述全向天线辐射单元为印制成型的PCB板。

上述的基于超材料透镜技术的高增益全向天线，由于在安装座上设置包括至少两个超材料透镜体，且各个超材料透镜体环绕全向天线辐射单元的周向间隔布置，且各个超材料透镜体的中心与全向天线辐射单元的中心的间距相同，也就是将全向天线辐射单元放置在多个超材料透镜体的中心，利用超材料透镜体的聚焦功能，提高全向天线辐射单元的增益，可得到高增益全向天线。根据不同的应用场景，通过调整超材料透镜体的尺寸可将相关技术中的全向天线的增益提高2dBi～5dBi。

附图说明

图1为本申请一实施例的基于超材料透镜技术的高增益全向天线的一视角结构图。

图2为图1所示结构的另一视角结构图。

图3为图1所示结构的又一视角结构图。

图4为图1所示结构的再一视角结构图。

图5为图1所示结构中去掉罩壳后的结构图。

图6为图5所示结构的另一视角结构图。

图7为图5所示结构的又一视角结构图。

图8为图5所示结构的再一视角结构图。

图9为本申请另一实施例的基于超材料透镜技术的高增益全向天线的去掉罩壳后的结构图。

图10为本申请又一实施例的基于超材料透镜技术的高增益全向天线的去掉罩壳后的结构图。

10、安装座；20、全向天线辐射单元；30、超材料透镜体；40、罩壳；401、支撑板；41、第一罩设部；42、第二罩设部；50、连接件；60、轴销；70、保护外壳；80、信号传输线。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术所述，现有技术中的室内部分区域的WiFi信号较弱，用户体验感差的问题，经发明人研究发现，出现这种问题的原因在于，相关技术中的WiFi外接天线受体积和尺寸的限制，增益通常只能做到3dBi～6dBi，增益较低，这样在信号穿透多个隔断墙体后，由于信号穿透墙体逐步损耗，导致室内部分区域信号较弱，用户体验感差。

基于以上原因，本申请提供了一种基于超材料透镜技术的高增益全向天线，它能够提高WiFi信号的增益，进而可以有效提高室内WiFi设备的信号更强的穿透能力，增大WiFi信号的覆盖面积，大大提升产品性能技术方案。

参阅图1、图5至图8，图1示出了本申请一实施例的基于超材料透镜技术的高增益全向天线的一视角结构图。图5至图8分别示出了图1所示结构中去掉罩壳40后的几个不同视角的结构图。本申请一实施例提供的一种基于超材料透镜技术的高增益全向天线，基于超材料透镜技术的高增益全向天线包括：安装座10、全向天线辐射单元20及至少两个超材料透镜体30。全向天线辐射单元20设置于安装座10上。所有超材料透镜体30设置于安装座10上，各个超材料透镜体30环绕全向天线辐射单元20的周向间隔布置，且各个超材料透镜体30的中心与全向天线辐射单元20的中心的间距相同。

上述的基于超材料透镜技术的高增益全向天线，由于在安装座10上设置包括至少两个超材料透镜体30，且各个超材料透镜体30环绕全向天线辐射单元20的周向间隔布置，且各个超材料透镜体30的中心与全向天线辐射单元20的中心的间距相同，也就是将全向天线辐射单元20放置在多个超材料透镜体30的中心，利用超材料透镜体30的聚焦功能，提高全向天线辐射单元20的增益，可得到高增益全向天线。根据不同的应用场景，通过调整超材料透镜体30的尺寸可将相关技术中的全向天线的增益提高2dBi～5dBi。

具体而言，在室内WiFi应用中，由于外接天线体积和高度的限制，相关技术中的双频全向天线增益只能做到3dBi～6dBi。采用本实施例中的超材料透镜技术后，在外接天线的高度尺寸保持不变的情况下，基于超材料透镜技术的高增益全向天线的增益可以达到6dBi～9dBi。配置基于超材料透镜技术的高增益全向天线的室内WiFi设备在使用时信号更强、覆盖面积更大，覆盖能力提升明显，可有效提高用户的使用体验感。

在一些实施例中，超材料透镜体30的数量包括但不限于为两个、三个、四个、五个、六个或其它数量，具体根据实际需求灵活调整与设置。其中，当超材料透镜体30的数量越大时，基于超材料透镜技术的高增益全向天线的圆度越好，但整体天线的体积也将越大。

在一个具体实施例中，请参阅图5至图9，超材料透镜体30的数量设置为两个，两个超材料透镜体30分别位于全向天线辐射单元20的相对两侧。此外，全向天线辐射单元20具体例如设置为PCB板，PCB板分别面向两个超材料透镜体30并与各个超材料透镜体30的距离相同。

在一个具体实施例中，请参阅图10，超材料透镜体30的数量设置为不止两个，例如设置为四个，四个超材料透镜体30环绕全向天线辐射单元20的周向等间隔布置。此外，全向天线辐射单元20具体设置为圆柱状，并设置为单端口全向天线辐射单元20，使得各个超材料透镜体30的中心与全向天线辐射单元20的中心的间距相同。

请参阅图5至图7，在一个实施例中，各个超材料透镜体30的底面处于同一平面（如图7的P1所示）上，各个超材料透镜体30的顶面处于同一平面（如图7的P2所示）上。各个超材料透镜体30环绕全向天线辐射单元20的周向等间隔布置。如此，能提升产品的增益，并提升产品性能。

其中，焦距D的大小会影响电磁波通过超材料透镜体30焦距性能，焦距D太大或者偏小都会导致电磁波无法通过超材料透镜体30获得所需的各项技术指标。本实施例中，各个超材料透镜体30距离全向天线辐射单元20的焦距D为0.1λ～0.3λ，λ为工作频段的中心频点的波长。具体而言，焦距D包括但不限于为0.1λ、0.15λ、0.2λ、0.25λ或0.3λ。如此，焦距D的取值范围较为合适，能提升产品的增益，并提升产品性能。

请参阅图8与图9，在一个实施例中，超材料透镜体30为圆柱形体（如图8所示）；或者，超材料透镜体30为正m棱柱（如图9所示），m为大于或等于6的偶数。

请参阅图5至图8，在一些实施例中，超材料透镜体30为圆柱形体。其中，超材料透镜体30的直径设为R1，超材料透镜体30的两个相对端面的距离设为H1。直径R1与距离H1为衡量超材料透镜体30体积大小的重要因素。在一定范围内，超材料透镜体30的直径R1与距离H1各自越大，超材料透镜体30的体积将越大，天线的增益将越高。但体积过大的超材料透镜体30会导致整体天线体积变大，从而将会影响天线与WiFi设备的适配型。本实施例中，直径R1为0.25λ～0.5λ，距离H1为1.5λ～2.5λ，λ为工作频段的中心频点的波长。如此，直径R1的取值足够大，距离H1的取值足够大，从而能提高天线的增益。此外，直径R1的取值不至于过大，距离H1的取值不至于过大，即超材料透镜体30的体积不至于过大，使得天线体积尺寸与WiFi设备相互适配。

请参阅图9，在一些实施例中，超材料透镜体30为正m棱柱，m为大于或等于6的偶数。其中，超材料透镜体30的外接圆的直径设为R2，超材料透镜体30的两个相对端面的距离设为H2。直径R2与距离H2为衡量超材料透镜体30体积大小的重要因素。在一定范围内，超材料透镜体30的外接圆的直径R2与距离H2各自越大，超材料透镜体30的体积将越大，天线的增益将越高。但体积过大的超材料透镜体30会导致整体天线体积变大，从而将会影响天线与WiFi设备的适配型。本实施例中，直径R2为0.25λ～0.5λ，距离H2为1.5λ～2.5λ，λ为工作频段的中心频点的波长。如此，直径R2的取值足够大，距离H2的取值足够大，从而能提高天线的增益。此外，直径R2的取值不至于过大，距离H2的取值不至于过大，即超材料透镜体30的体积不至于过大，使得天线体积尺寸与WiFi设备相互适配。

在一个实施例中，全向天线辐射单元20为双频全向天线辐射单元20。具体而言，全向天线辐射单元20的其中一个工作频段例如为2200MHZ～2690MHZ，增益包括但不限于为5dBi～7dBi，具体例如为5dBi、6dBi或7dBi；全向天线辐射单元20的另一个工作频段例如为5150MHZ～5850MHZ，增益包括但不限于为8dBi～10dBi，具体例如为8dBi、9dBi或10dBi。

其中，基于超材料透镜技术的高增益全向天线包括两个信号传输线80，信号传输线80包括但不限于为电缆，两个信号传输线80与全向天线辐射单元20电性连接，其中一个信号传输线80用于传输的天线信号覆盖2200MHZ～2690MHZ，另一个信号传输线80用于传输的天线信号覆盖5150MHZ～5850MHZ。

在一个具体实施例中，直径R1为13mm～16mm，具体例如为13mm、14mm、15mm或16mm等。此外，距离H1为80mm～135mm，具体例如为80mm、90mm、100mm、120mm或135mm等。另外，焦距D为5mm～15mm，具体例如为5mm、7mm、10mm、12mm或15mm等。

请参阅图1至图5，在一个实施例中，基于超材料透镜技术的高增益全向天线还包括罩壳40。罩壳40罩设于安装座10上，全向天线辐射单元20及各个超材料透镜体30均设置于罩壳40的内部。如此，罩壳40对其内部的全向天线辐射单元20及各个超材料透镜体30起到保护作用，避免外露，能减小损伤。

在一些实施例中，安装座10包括但不限于为板件、盖体、固定块等各种规则形状及其它不规则形状的结构，具体根据实际需求灵活调整与设置。

其中，罩壳40与安装座10各自独立设置，均包括但不限于设置为非金属材料。罩壳40与安装座10既可以是相互可拆卸连接，又可以是通过粘接、焊接等方式固定连接。在组装时，将各个超材料透镜体30及全向天线辐射单元20分别装入到罩壳40的内部，然后将罩壳40与安装座10组装连接固定形成保护外壳70。

请参阅图1至图4，在一个实施例中，超材料透镜技术的高增益全向天线用于室内WiFi设备的外置天线。具体而言，罩壳40的外壁上设有连接件50，连接件50用于与室内WiFi设备相连。其中，连接件50包括但不限于为卡扣、螺钉、铆钉、连接绳、绑带等各种结构。通过连接件50与室内WiFi设备连接固定，使得基于超材料透镜技术的高增益全向天线能安装在室内WiFi设备上，做为室内WiFi设备的外接天线使用。

需要说明的是，该“连接件50”可以为“罩壳40的一部分”，即“连接件50”与“罩壳40的其他部分”一体成型制造；也可以与“罩壳40的其他部分”可分离的一个独立的构件，即“连接件50”可以独立制造，再与“罩壳40的其他部分”组合成一个整体。

在一些实施例中，连接件50包括但不限于为非金属材料制成。

请参阅图1与图2，在一些实施例中，连接件50设置为卡扣。此外，罩壳40的外壁上设有支撑板401，支撑板401设置为一个或两个。本实施例中，两个支撑板401分别位于卡扣的相对两侧。卡扣的相对两侧分别通过轴销60与支撑板401连接固定。

请参阅图1至图5，在一个实施例中，罩壳40包括第一罩设部41及与第一罩设部41相连的至少两个第二罩设部42。第一罩设部41罩设于全向天线辐射单元20的外部。各个第二罩设部42对应罩设于各个超材料透镜体30的外部。

具体而言，第一罩设部41与全向天线辐射单元20的外形相适应。各个第二罩设部42与各个超材料透镜体30的外形相适应。如此，将罩壳40的形状根据全向天线辐射单元20及各个超材料透镜体30的外形尺寸进行灵活调整与设置，能减小罩壳40的外形尺寸，使得在起到防护作用的同时，整体结构布置紧凑，体积较小，占用空间小。

在一个实施例中，全向天线辐射单元20为印制成型的PCB板。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于超材料透镜技术的高增益全向天线，其特征在于，所述基于超材料透镜技术的高增益全向天线包括：

安装座；

全向天线辐射单元，所述全向天线辐射单元设置于所述安装座上；

至少两个超材料透镜体，所有所述超材料透镜体设置于所述安装座上，各个所述超材料透镜体环绕所述全向天线辐射单元的周向间隔布置，且各个所述超材料透镜体的中心与所述全向天线辐射单元的中心的间距相同；各个所述超材料透镜体的底面处于同一平面上，各个所述超材料透镜体的顶面处于同一平面上；各个所述超材料透镜体环绕所述全向天线辐射单元的周向等间隔布置；各个所述超材料透镜体距离所述全向天线辐射单元的焦距D为0.1λ～0.3λ，λ为工作频段的中心频点的波长；

其中，所述超材料透镜体为圆柱形体；或者，所述超材料透镜体为正m棱柱，m为大于或等于6的偶数。

2.根据权利要求1所述的基于超材料透镜技术的高增益全向天线，其特征在于，当所述超材料透镜体为圆柱形体时，所述超材料透镜体的直径R1为0.25λ～0.5λ，所述超材料透镜体的两个相对端面的距离H1为1.5λ～2.5λ，λ为工作频段的中心频点的波长。

3.根据权利要求1所述的基于超材料透镜技术的高增益全向天线，其特征在于，当所述超材料透镜体设为正m棱柱时，所述超材料透镜体的外接圆的直径R2为0.25λ～0.5λ，所述超材料透镜体的两个相对端面的距离H2为1.5λ～2.5λ，λ为工作频段的中心频点的波长。

4.根据权利要求1所述的基于超材料透镜技术的高增益全向天线，其特征在于，所述全向天线辐射单元为双频全向天线辐射单元；和/或，所述超材料透镜技术的高增益全向天线用于室内WiFi设备的外置天线。

5.根据权利要求4所述的基于超材料透镜技术的高增益全向天线，其特征在于，所述基于超材料透镜技术的高增益全向天线的两个工作频段分别为2200MHZ～2690MHZ和5150MHZ～5850MHZ；和/或，所述基于超材料透镜技术的高增益全向天线的两个工作频段的增益分别为5dBi～7dBi和8dBi～10dBi。

6.根据权利要求1所述的基于超材料透镜技术的高增益全向天线，其特征在于，所述基于超材料透镜技术的高增益全向天线还包括罩壳；所述罩壳罩设于所述安装座上，所述全向天线辐射单元及各个所述超材料透镜体均设置于所述罩壳的内部。

7.根据权利要求6所述的基于超材料透镜技术的高增益全向天线，其特征在于，所述罩壳的外壁上设有连接件，所述连接件用于与室内WiFi设备相连。

8.根据权利要求7所述的基于超材料透镜技术的高增益全向天线，所述安装座、所述罩壳及所述连接件设置为非金属材料。

9.根据权利要求6所述的基于超材料透镜技术的高增益全向天线，其特征在于，所述罩壳包括第一罩设部及与所述第一罩设部相连的至少两个第二罩设部；所述第一罩设部罩设于所述全向天线辐射单元的外部；各个所述第二罩设部对应罩设于各个所述超材料透镜体的外部。

10.根据权利要求1至9任一项所述的基于超材料透镜技术的高增益全向天线，其特征在于，所述全向天线辐射单元为印制成型的PCB板。