CN210404059U - 立体式布局的高增益天线设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种立体式布局的高增益天线设备，该设备包括两个或两个以上的层叠设置的天线装置以及两个或两个以上的射频收发装置；各个天线装置包括两层或两层以上的基板，各层基板中每两个或两个以上的天线振子划分得到组阵，每层基板中的组阵相互连接，各层基板的组阵之间通过连接线相互连接，各个射频收发装置包括滤波器、环形器、接收器和发射器，射频收发装置中的滤波器分别与对应的天线装置中的连接线连接。上述天线设备，通过将两个或两个以上的天线装置进行层叠组阵，再将天线装置分别与对应的射频收发装置连接，使得整个天线设备可形成垂直面波束，并且可以通过不同的天线装置接收以及发射不同的天线波束，提高了整个天线设备的适用性。

Description

立体式布局的高增益天线设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种立体式布局的高增益天线设备。

背景技术

天线在无线电通信系统中都是不可缺少的重要组成部分，天线在工作工程中用于发射或者接收电磁波。在天线发射电磁波时，与天线连接的后端射频收发装置输出相应的感应电流以使得天线发射出相应频率的电磁波；在天线接收电磁波时，则将接收的电磁波转换为相应的电信号，输出至后端的射频收发装置来解析获得数据信息。

传统的天线在工作过程中，通过装备大规模的天线阵列，例如通过多个天线进行组阵，形成天线阵列，然后天线阵列再与后端的一个射频收发装置连接，通过大规模的天线阵列来提高通信增益，改善天线设备的通信性能，但是这种天线由于连接的是同一个射频收发装置，导致了在工作过程中每一个天线的配置都是相同的，例如整个天线阵列只能够接收单一的电磁波束等等，适用性较差。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有的天线适用性差的问题，提供一种立体式布局的高增益天线设备。

一种立体式布局的高增益天线设备，该设备包括两个或两个以上的层叠设置的天线装置以及两个或两个以上的射频收发装置；各个天线装置包括两层或两层以上的基板以及设置于各层基板的天线阵列；各层基板互相层叠设置；且各层基板的天线阵列由阵列设置的天线振子组成；各层基板中每两个或两个以上的天线振子划分得到组阵，每层基板中的组阵相互连接，各层基板的组阵之间通过连接线相互连接，各个射频收发装置包括滤波器、环形器、接收器和发射器，滤波器与环形器连接，环形器分别与接收器和发射器连接，射频收发装置中的滤波器分别与对应的天线装置中的连接线连接。

上述天线设备，通过将两个或两个以上的天线装置进行层叠组阵，再将天线装置分别与对应的射频收发装置连接，使得整个天线设备可形成垂直面波束，并且可以通过不同的天线装置接收以及发射不同的天线波束，提高了整个天线设备的适用性。

在其中一个实施例中，天线振子为双极化振子，各层基板中每两个或两个以上双极化振子进行划分得到组阵。

在其中一个实施例中，双极化振子包括正45度振子以及负45度振子，正 45度振子与负45度振子正交设置；基板中各组阵的双极化振子的正45度振子相互连接，双极化振子的负45度振子相互连接。

在其中一个实施例中，各层基板的组阵中正45度振子相互连接后通过正极连接线连接；各层基板的组阵中负45度振子相互连接后通过负极连接线连接。

在其中一个实施例中，各层基板的天线阵列中每列天线振子划分得到组阵。

在其中一个实施例中，天线振子之间的间隔距离为天线中心频率的波长的一半。

在其中一个实施例中，各层基板之间的间隔距离为天线中心频率的波长的一半。

在其中一个实施例中，基板为金属基板。

在其中一个实施例中，各层金属基板的尺寸大小相同。

在其中一个实施例中，还包括固定件，各层金属基板之间通过固定件连接，固定件为四个，且分别设置于各层金属基板的四角。

附图说明

图1为立体式布局的高增益天线设备的结构框架图；

图2为立体式布局的高增益天线装置的结构示意图；

图3为立体式布局的高增益天线设备的结构框架图；

图4为天线装置中的基板以及基板上的天线振子的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种立体式布局的高增益天线设备，包括两个或两个以上的层叠设置的天线装置1以及两个或两个以上的射频收发装置2；其中，各个天线装置1包括两层或两层以上的基板10以及设置于各层基板10的天线阵列；各层基板10互相层叠设置；且各层基板10的天线阵列由阵列设置的天线振子100组成；各层基板10中每两个或两个以上的天线振子100 划分得到组阵，每层基板10中的组阵相互连接，各层基板10的组阵之间通过连接线相互连接(可参考图2)，各个射频收发装置2包括滤波器21、环形器22、接收器24和发射器23，滤波器21与环形器22连接，环形器22分别与接收器 24和发射器23连接，射频收发装置2中的滤波器21分别与对应的天线装置1 中的连接线连接。

具体地，天线装置1的数量并不受限制，可以是两个，也可以是两个以上，天线装置1中的基板的数量并不唯一，可以是由两层基板10构成天线装置1，也可以是三层或者三层以上的基板10构成天线装置1，每一层基板10上都具有一个天线阵列，其中的天线阵列包括有若干个天线振子100，天线振子100的数量可以是两个或两个以上，例如可以是由8*8个天线振子100按照矩形排列形成8行8列，从而构成一个天线阵列。天线阵列中的天线振子100可以以两个为一组进行划分组阵(可参考图2以及图4)，也可以是三个为一组进行划分组阵，相应的还可以是三个或三个以上进行划分组阵，其中组阵指代的是两个或两个以上的天线振子100之间互相连接，形成一个组阵。天线阵列中的若干天线振子100可以划分为多个组阵，然后再与射频收发装置2中的滤波器21连接。需要说明的是，天线装置1中每层基板10上的两个或两个以上的天线振子100 划分得到组阵之后，每一个组阵都可以有一根对应的引线从基板10上引出，使得每一层基板10上都引出有多根引线，然后基板10与基板10上引出的多根引线对应连接，最后通过相应的连接件或者是接头等汇总，与后端的射频收发装置2连接，通过后端的射频收发装置2对接收的电磁波进行处理。进一步的，在其它实施例中，也可以是每一层基板10上的两个或两个以上的天线振子100 划分得到组阵之后，每一层基板10上的组阵先互相连接，然后通过一根总线从基板10上引出，即每一层基板10上只引出了一根总线，然后基板10与基板10 之间的总线互相连接，最后通过相应的连接件或者是接头等汇总，与后端的射频收发装置2连接，通过后端的射频收发装置2对接收的电磁波进行处理。进一步的，天线装置1与射频收发装置2的数量可以不等同，不同的天线装置1 可以与相同的射频收发装置2中的滤波器21连接，例如可以是两个天线装置1 与同一个射频收发装置2中的滤波器21连接，也可以是两个以上天线装置1与同一个射频收发装置2中的滤波器21连接，其中，每一个天线装置与滤波器21 的连接方式并不唯一，本实施例中，天线装置1通过射频跳线连接滤波器21，滤波器21用于对滤除谐波杂波等等，减少干扰。

上述天线设备，通过将两个或两个以上的天线装置进行层叠组阵，再将天线装置分别与对应的射频收发装置连接，使得整个天线设备可形成垂直面波束，并且可以通过不同的天线装置接收以及发射不同的天线波束，提高了整个天线设备的适用性。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种立体式布局的高增益天线装置，天线振子100为双极化振子，各层基板10中每两个或两个以上双极化振子进行划分得到组阵。双极化振子包括有正45度和负45度两副极化方向相互正交的天线，即以12点时钟方向为基准，顺时钟旋转45度处为正45度的天线，逆时钟旋转45度为负45度的天线。各层基板10上可以是两个双极化振子连接划分得到一个组阵(可参考图2以及图4)，也可以是两个以上的双极化振子互相连接划分得到一个组阵，相应的，各层基板10的天线阵列中可以划分得到多个组阵，多个组阵之间互相连接之后形成天线阵列，提高整个天线装置的增益。

进一步的，在一个实施例中，如图2所示，基板10上的双极化振子包括正 45度振子以及负45度振子，正45度振子与负45度振子正交设置；基板10中各组阵的双极化振子的正45度振子相互连接，双极化振子的负45度振子相互连接。

天线阵列的各个组阵中包括至少两个正45度振子以及两个负45度振子，各组阵中，通过将正45度振子与正45度振子相连，将负45度振子与负45度振子相连(以图2中为例的是两个正45度振子与正45度振子连接，两个负45 度振子与负45度振子相连接)，使得天线装置在接收电磁波信号以及发射电磁波信号两个工作模式都能够获得增益，提高整个天线装置的通信性能。

在一个实施例中，如图2所示，各层基板10的组阵中正45度振子相互连接后通过正连接线连接；各层基板10的组阵中负45度振子相互连接后通过负连接线连接。

其中，正连接线与负连接线可以是同种类型的连接线，两者的不同之处在于正连接线连接的是组阵中的正45度振子，负连接线连接的是组阵中负45度振子。各层基板10中，将不同组阵中的正45度振子相互连接，以及负45度振子相互连接。可以理解，同一个基板10中不同组阵的正45度振子可通过一根公共线连接，不同组阵的负45度振子同样可通过一根公共线连接。将各基板10 中不同组阵之间的振子连接好之后，再通过正连接线连接各基板10的组阵中正 45度振子，通过负连接线连接各层基板10的组阵中负45度振子，提高了天线装置的收发增益。可以理解，正连接线和负连接线同样也可以是只采用一根公共线。

在一个实施例中，如图3所示，射频收发装置2还包括功率放大器25和低噪声放大器26，环形器22通过光纤连接低噪声放大器26，低噪声放大器通过光纤连接接收器24；环形器22通过光纤连接功率放大器25，功率放大器25通过光纤连接发射器23。

具体地，为便于解释说明，用单个

代表图2中一个天线装置1。射频收发装置20的数量为N个，第一个射频收发装置20连接两个天线装置1，第二个射频收发装置20连接三个天线装置1，依次类推，第N个射频收发装置20则连接 N+1个天线装置1。以第一个射频收发装置20为例，两个天线装置1与滤波器 21连接，滤波器21通过环形器22分别连接功率放大器25和低噪声放大器26，功率放大器25连接发射器23，低噪声放大器26连接接收器24，分别形成信号发射通道和信号接收通道。

本实施例中，分别在信号发射通道和信号接收通道中增加功率放大器25和低噪声放大器26，对需要发送的信号进行功率放大以提高发射功率，并对接收的信号进行放大以便后续的信号处理，提高了高增益射频前端装置的通信可靠性。射频收发装置2中各器件通过光纤传输信号，信号传输速度快、损耗小且抗干扰能力强，还可进一步提高系统的通信可靠性。

此外，通过将每个射频收发装置2均独立配置一套滤波器、环形器、低噪声放大器、接收器、功率放大器和发射器，形成多路信号发射通道和信号接收通道，可实现多波束配置，进而可拓展高增益射频前端装置的应用范围。由于每个射频收发装置2连接的天线装置1的数量不同，使得每一个射频收发装置2 的增益效果也并不相同，具体为天线装置1的数量越多，增益越高。当用于雷达领域时，本实施例中的高增益射频前端装置的多波束配置，可增加雷达同时跟踪的目标数，有效提升单个雷达的功能，也可有效解决高层楼宇信号覆盖问题。

此外，在一个实施例中，高增益射频前端装置还包括控制装置，控制装置连接接收器24和发射器23。具体地，控制装置可包括控制器、信号分配器和信号接收器，信号分配器连接各射频收发装置2中的发射器，信号接收器连接各射频收发装置2中的接收器，控制器连接信号分配器和信号接收器。控制器具体可采用MCU(Micro Control Unit，微控制单元)。通过控制器控制信号分配器和信号接收器进行信号的分配和接收，实现对不同收发通道的控制，提高了天线系统的通信可靠性。

在一个实施例中，如图2所示，各层基板10的天线阵列中每列天线振子100 划分得到组阵。具体的，天线阵列包括有若干列和若干行的振子，在划分组阵时，是通过对每一列的振子进行划分，得到组阵的，例如，当天线阵列中具有8 列振子，每一列由8个双极化振子组成时，可以按照两个双极化振子作为一组，将一列划分为4个组阵，相应的，在其它实施例中，也可以直接将同一列的8 个双极化振子划分为一个组阵。

在一个实施例中，天线振子之间的间隔距离为天线中心频率的波长的一半。天线振子之间通过设置相应的间隔距离，能够避免各个天线振子在工作过程中互相产生干扰，保证天线装置能够正常工作。

在一个实施例中，基板为金属基板。其中，金属基板具有一定的硬度，能够为设置在基板上的天线振子提供相应的支撑，进一步的，基板可以为矩形或正四边形，便于在基板上设置天线振子时，使得天线振子能够自由的沿平面坐标系的X轴方向以及Y轴方向进行设置，组成不同的天线阵列。

进一步的，在一个实施例中，各层金属基板的尺寸大小相同。将各层基板的尺寸设置为相同的大小，便于连接线将各个基板上的组阵连接，同时也能够天线装置的形状规则，便于安装以及避免造成空间的浪费。

进一步的，在一个实施例中，各层金属基板之间通过固定件连接，固定件为四个，且分别设置于各层金属基板的四角。其中，固定件可以是绝缘树脂固定件等，通过在各层金属基板的四角上分别设置一个固定件来使得相邻基板之间互相连接，能够保证各层基板连接的可靠性以及稳定性。

在一个实施例中，各层基板之间的间隔距离为天线中心频率的波长的一半。通过将各层基板之间预设一定的间隔距离，可确保相邻基板之间信号不会相互影响，进而在配置天线装置时能够提升天线装置的通信性能。

为了充分解释说明本申请，在一个实施例中，以天线装置包括N层基板为例，每层基板上的天线阵列具有Y列，每一列具有Y个双极化天线振子，将每一列中的X个双极化天线振子划分为一个组阵，每个组阵中X个双极化天线振子中的正45度振子互相连接，相邻组阵的正45度振子之间通过一根公共线连接，然后引出正连接线。每个组阵中X个双极化天线振子中的负45度振子互相连接，相邻组阵的负45度振子之间通过一根公共线连接，然后引出负连接线，形成1拖X形式。最后每一层基板引出的正连接线互相连接，每一层基板引出的负连接线互相连接，最终形成1拖X*N的阵列形式，得到立体式布局的天线装置。各天线装置引出的正连接线和负连接线连接对应射频收发装置2中的滤波器21。相应的，在其它的实施方式中，基板的数量可以根据实际情况进行选择，由多少个数量的双极化天线振子划分为一个组阵也可以根据实际情况进行选择，天线阵列中组成方式也可以相应调节，例如，可取X＝2，即为1拖2形式。当天线阵列每一列中的两个双极化天线振子划分为一个组阵时，通过构造N层立体天线组阵，使得原来由2个天线振子组成的天线阵列增加为2*N个天线振子组成的阵列，天线增益成倍提高，理论上，若N＝2，X＝2时(即1拖2*2时) 天线增益可以提高3dB，当N＝2，X＝3时(即1拖3*2时)天线增益可以提高5dB，当N＝2，X＝5时(即1拖5*2时)天线增益可以提高7dB，当N＝2，X＝10时(即 1拖10*2时)天线增益可以提高10dB。

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实用新型专利范围的限制。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)

1.一种立体式布局的高增益天线设备，其特征在于，所述的设备包括：两个或两个以上的层叠设置的天线装置以及两个或两个以上的射频收发装置；

各个所述天线装置包括两层或两层以上的基板以及设置于各层基板的天线阵列；各层所述基板互相层叠设置；且各层所述基板的天线阵列由阵列设置的天线振子组成；

各层所述基板中每两个或两个以上的天线振子划分得到组阵，每层基板中的组阵相互连接，各层基板的组阵之间通过连接线相互连接，

各个所述射频收发装置包括滤波器、环形器、接收器和发射器，所述滤波器与所述环形器连接，所述环形器分别与所述接收器和发射器连接，所述射频收发装置中的滤波器分别与对应的所述天线装置中的所述连接线连接。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述天线振子为双极化振子，各层所述基板中每两个或两个以上双极化振子进行划分得到组阵。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述双极化振子包括正45度振子以及负45度振子，所述正45度振子与所述负45度振子正交设置；所述基板中各组阵的双极化振子的正45度振子相互连接，双极化振子的负45度振子相互连接。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，各层所述基板的组阵中正45度振子相互连接后通过正连接线连接；各层所述基板的组阵中负45度振子相互连接后通过负连接线连接。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，各层所述基板的天线阵列中每列天线振子划分得到组阵。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述天线振子之间的间隔距离为天线中心频率的波长的一半。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述各层基板之间的间隔距离为天线中心频率的波长的一半。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述基板为金属基板。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，各层所述金属基板的尺寸大小相同。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，各层所述金属基板之间通过固定件连接，所述固定件为四个，且分别设置于各层所述金属基板的四角。

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