CN219458012U - 天线系统及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天线系统及电子设备。其中，所述方法包括：所述天线系统包括：隔离板，第一单极天线，位于所述隔离板的上层，用于产生稳定的宽波束全向辐射方向图；第二单极天线，位于所述隔离板的下层，用于产生稳定的宽波束全向辐射方向图；其中，所述第一单极天线和所述第二单极天线共轴排列。

Description

天线系统及电子设备

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种天线系统及电子设备。

背景技术

目前，全向天线方案主要利用不同的单极几何结构来满足回波损耗和辐射方向图的要求。几何结构包括具有斜角和/或短路柱的方形平面，导致多频带无线系统的准全向单极天线，但频带较窄、随频率变化的方向图不稳定。准全向天线，具有随频率变化的不稳定方向图。其他天线，如无限双锥天线和无限单锥天线是全向和频率无关的，但这些天线的尺寸非常大。盘锥(DISCONE)天线在方位角上是一种宽带全向天线，但它与频率无关。泪滴天线的尺寸小于DISCONE天线，在方位平面上是全向的，在超宽带频率范围内工作，但增益较低，辐射方向图随频率不稳定。

发明内容

有鉴于此，本实用新型实施例期望提供一种天线系统及电子设备。

本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：

本实用新型实施例提供一种天线系统，所述天线系统包括：

隔离板，

第一单极天线，位于所述隔离板的上层，用于产生稳定的宽波束全向辐射方向图；

第二单极天线，位于所述隔离板的下层，用于产生稳定的宽波束全向辐射方向图；

其中，所述第一单极天线和所述第二单极天线共轴排列。

此外，根据本实用新型的至少一个实施例中，所述第一单极天线，包括：

第一单极天线辐射结构；

和，

碗状反射板。

此外，根据本实用新型的至少一个实施例中，所述第二单极天线，包括：

第二单极天线辐射结构；

和，

平面圆形反射板。

此外，根据本实用新型的至少一个实施例中，所述第一单极天线和所述第二单极天线的单极天线辐射结构相同或不同。

此外，根据本实用新型的至少一个实施例中，所述第一单极天线的第一单极天线辐射结构的上部为矩形结构；

所述第一单极天线的第一单极天线辐射结构的中部为细线折叠结构；

所述第一单极天线的第一单极天线辐射结构的下部为三角渐变结构；

所述第二单极天线的第二单极天线辐射结构的上部为矩形结构；

所述第二单极天线的第二单极天线辐射结构的中部为细线折叠结构；

所述第二单极天线的第二单极天线辐射结构的下部为三角渐变结构。

此外，根据本实用新型的至少一个实施例中，

上部的矩形结构，用于通过形成单极子天线加载效果来实现电磁波的全向辐射。

此外，根据本实用新型的至少一个实施例中，

中部的细线折叠结构，与下部的三角渐变结构和上部的矩形结构进行连接，用于通过增加电流的流动路径来形成曲流形天线。

此外，根据本实用新型的至少一个实施例中，

下部的三角渐变结构，用于通过使天线在整个工作频带内的阻抗趋于稳定来扩展天线带宽。

此外，根据本实用新型的至少一个实施例中，

所述隔离板，用于根据所述第一单极天线和所述第二单极天线之间的隔离度，来调整自身的形状、大小和位置。

本实用新型实施例提供一种电子设备，包括如上述任一项所述的天线系统。

本实用新型实施例提供的天线系统及电子设备，所述天线系统包括：隔离板，第一单极天线，位于所述隔离板的上层，用于产生稳定的宽波束全向辐射方向图；第二单极天线，位于所述隔离板的下层，用于产生稳定的宽波束全向辐射方向图；其中，所述第一单极天线和所述第二单极天线共轴排列。采用本实用新型实施例提供的技术方案，采用上下排列形式，避免两个单极天线相互

之间的辐射影响，各个单极天线全向辐射，从而可以有效地接收各个方向的电5磁波，从而保证全向辐射特性，此天线系统不仅可以直接与基站进行通信，而且可以在水平面全向覆盖，从而与终端通信。各个单极天线均能够产生稳定的宽波束全向辐射方向图，从而避免相关技术中天线的辐射方向图随频率不稳定问题的发生。

附图说明

图1是本实用新型实施例天线系统的组成结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述天线系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例上层的所述第一单极天线(1)的整体示意图；

图4是本实用新型实施例所述第一单极天线的第一单极天线辐射结构的示

意图；

图5是本实用新型实施例通过仿真得到的S参数的示意图；

图6是本实用新型实施例仅上层所述第一单极天线(1)馈电时的三维辐射方向图；

图7是本实用新型实施例仅下层所述第二单极天线(3)馈电时的三维辐射

方向图；

图8是本实用新型实施例上层所述第一单极天线(1)和下层所述第二单极

天线(3)共同馈电时的三维辐射方向图。

具体实施方式

在对本实用新型实施例的技术方案进行介绍之前，先对相关技术进行说明。

相关技术中，室分天线一般采用单极子或者单锥天线，它们虽然结构简单，5性能稳定，但是其体积或者剖面高度都受最低工作频率的制约。一般而言，单极子需要具有其工作波长四分之一的高度，同样地，单锥天线虽具有宽带甚至超宽带工作的能力，但是其低频端的覆盖能力也是由天线高度所决定的。大的剖面高度虽然能够保证足够的带宽和辐射性能，但是在实际应用中，安装于天花板上的天线更倾向于选择扁平的结构，一方面是为了保持良好的稳定性，另一方面是因为商业应用中对小型化和美观的追求。低剖面的垂直极化全向天线通常是以宽带的单锥天线为设计基底，辅以小型化技术实现。常见的小型化技术包括顶部金属加载、短路加载、套筒加载、介质加载等。这些加载技术可以理解为增加了原天线的容性或感性，使天线的谐振频率向低频移动，从而等效地降低了天线的剖面高度。

目前室分天线其主要作用为与终端天线进行通信，而通过射频电路将相应信号传输到信号处理单元。然而，这种方式需要在楼宇间布置相应的室分网络，将不同位置的信号汇集起来。在很多场景中，这种网络会带来巨大的成本压力，也会减慢网络建设的进度。

采用一种新型的天线系统工作模式，改变目前的局部网络信号覆盖，将会变得越来越重要。这就需要：1)此天线系统可以与室外基站直接进行无线通信；2)此天线系统可以与室内终端直接通信；3)考虑到终端位置、基站位置的不确定性，需要天线系统具有全向辐射特性；4)考虑到基站高度和系统覆盖范围，此天线系统的垂直面需要较宽的波束宽度。

相关技术中，全向天线方案主要利用不同的单极几何结构来满足回波损耗和辐射方向图的要求。几何结构包括具有斜角和/或短路柱的方形平面，导致多频带无线系统的准全向单极天线，但频带较窄、随频率变化的方向图不稳定；具有在系统增益和全向性之间折衷的宽带通信系统的平面单极天线以及双臂卷绕单极天线，接地平面上方的半个耦合扇形环、一个印刷圆盘单极子、一个圆形凹口环和一个阶梯形的半蝴蝶结辐射元件。

上述这些天线一般为准全向天线，具有随频率变化的不稳定方向图。其他天线，如无限双锥天线和无限单锥天线是全向和频率无关的，但这些天线的尺寸非常大。DISCONE天线在方位角上是一种宽带全向天线，但它与频率无关。泪滴天线的尺寸小于DISCONE天线，在方位平面上是全向的，在超宽带频率范围内工作，但增益较低，辐射方向图随频率不稳定。

传统方式中，为实现室分系统的MIMO工作模式，以及提高信道容量和对抗室内环境造成的多径效应，一般采用双极化全向天线。它是由垂直极化全向天线和水平极化全向天线组合而成。双极化全向天线是将垂直极化天线单元和水平极化天线单元堆叠在一起制成。但是这样堆叠造成天线的尺寸较大，同时两者方向图相互影响严重；水平极化天线单元必须跟垂直极化天线单元有足够大的距离，以免垂直极化单元的地板造成对水平极化波的反射，进而对水平极化天线单元端口匹配造成负面影响。

基于此，本实用新型实施例中，主要针对上述系统需求以及目前全向天线的缺陷，提出了一种可以直接与基站进行通信，同时进行终端信号覆盖的天线系统。

图1是本实用新型实施例天线系统的组成结构示意图，如图1所示，所述天线系统包括：

隔离板11，

第一单极天线12，位于所述隔离板11的上层，用于产生稳定的宽波束全向辐射方向图；

第二单极天线13，位于所述隔离板11的下层，用于产生稳定的宽波束全向辐射方向图；

其中，所述第一单极天线12和所述第二单极天线13共轴排列。

这里，所述天线系统包含2个全向天线单元，1个隔离地板。

这里，2个单极天线单元上下排列，从而形成空间分极特性，实现多输入多输出功能。

这里，1个隔离地板位于2个全向天线单元的中间位置，用于调节2个单元之间的隔离度。

这里，所述天线系统还可以包括天线外罩。天线外罩将整个单元包含进去，用于保护天线系统免受外界影响，使天线系统工作性能稳定可靠，同时减轻天线系统的磨损、腐蚀和老化，延长使用寿命。

在一实施例中，所述第一单极天线12，包括：

第一单极天线辐射结构；

和，

碗状反射板。

在一实施例中，所述第二单极天线13，包括：

第二单极天线辐射结构；

和，

平面圆形反射板。

在一实施例中，所述第一单极天线和所述第二单极天线的单极天线辐射结构相同或不同。

在一实施例中，

所述第一单极天线的第一单极天线辐射结构的上部为矩形结构；

所述第一单极天线的第一单极天线辐射结构的中部为细线折叠结构；

所述第一单极天线的第一单极天线辐射结构的下部为三角渐变结构；

所述第二单极天线的第二单极天线辐射结构的上部为矩形结构；

所述第二单极天线的第二单极天线辐射结构的中部为细线折叠结构；

所述第二单极天线的第二单极天线辐射结构的下部为三角渐变结构。

在一实施例中，

上部的矩形结构，用于通过形成单极子天线加载效果来实现电磁波的全向辐射。

在一实施例中，

中部的细线折叠结构，与下部的三角渐变结构和上部的矩形结构进行连接，用于通过增加电流的流动路径来形成曲流形天线。

在一实施例中，

下部的三角渐变结构，用于通过使天线在整个工作频带内的阻抗趋于稳定来扩展天线带宽。

这里，下部采用三角渐变结构设计，与矩形结构相比，所述结构可以使天线的输入阻抗随频率变化更为缓慢，使得天线在整个工作频带内的阻抗趋于稳定，进而达到扩展天线带宽的目的。

这里，中间折叠结构连接下部三角渐变结构和上部矩形结构，有效增加电流的流动路径，形成曲流形天线，使得天线的等效电长度延长，进而缩小单极天线的整体尺寸；也就是说，这种单极天线辐射结构中间采用折线(细线折叠)形式，可以有效地降低整个天线高度，从而更容易与系统集成，并控制整体天线系统的尺寸。

这里，单极天线辐射结构的上部采用矩形结构，具有较宽的尺寸，可以形成类似单极子天线加载效果，实现电磁波的全向辐射。

在一实施例中，

所述隔离板11，用于根据所述第一单极天线和所述第二单极天线之间的隔离度，来调整自身的形状、大小和位置。

这里，所述天线系统的中间为隔离板，所述隔离板的具体形状、大小和位置可以根据上下两个单极天线单元之间的隔离度进行相应的调整。

图2是本实用新型实施例所述天线系统的结构示意图，如图2所示，所述天线系统的结构可分为两部分。第一部分是一种新的全向单极天线(1)和(3)，第二部分为隔离板(2)，具体分为三层：第一层为第一单极天线(1)，第二层为隔离板(2)，第三层为第二单极天线(3)。其中，所述第一单极天线(1)和第二单极天线(3)共轴上下排列，可以减少横向尺寸，避免对单极天线单元的全向辐射特性的影响。

图3是本实用新型实施例上层的所述第一单极天线(1)的整体示意图，如图3所示，所述第一单极天线(1)包括第一单极天线辐射结构(1a)和碗状反射板(1b)两个部分。特别地，反射板采用碗状结构，一方面可以较好地对辐射波束形状进行调整，另一方面也可以同时降低电磁波对后向的辐射和绕射，从而提高2个单极天线单元之间的隔离度。

图4是本实用新型实施例所述第一单极天线的第一单极天线辐射结构的示意图，如图4所示，所述第一单极天线辐射结构可以产生稳定的宽波束全向辐射方向图，从而实现与基站、终端的信号连接；而其贴片的曲流设计，可以有效降低整体天线的尺寸，从而保证上下2个单极天线单元之间的距离，提高2个单极天线单元之间的隔离度。

这里，所述第一单极天线辐射结构的上部(11)呈矩形，具有较宽的尺寸，可以形成类似单极子天线的加载效果，降低整体天线的高度，节省空间、降低成本。

这里，所述第一单极天线辐射结构的中部(12)为细线折叠，通过改变贴片表面电流分布，使电流绕流以增大其相对尺寸，形成曲流型天线，从而有效延长天线的电尺寸，降低整个天线的剖面高度。

这里，所述第一单极天线辐射结构的下部(13)为三角渐变形式，这种形式的天线输入阻抗不会随着频率变化而剧烈变化，可以用天线的等效特性阻抗来衡量。不连续结构随着频率的变化，等效特征阻抗会出现较为剧烈的变化；而三角渐变形式，输入阻抗随频率的变化会很小，因而天线在整个频带范围内阻抗趋于稳定，天线的带宽就会越宽。

这里，下层的第二单极天线(3)的第二单极天线辐射结构与上层的所述第一单极天线(1)的第一单极天线辐射结构可以相同，也可以不同。

这里，上层的所述第一单极天线(1)的反射地板与下层的第二单极天线(3)的反射地板不同，下层的第二单极天线(3)的反射地板为平面圆形，这种形式可以与天线外罩直接结合，便于天线放置和安装。

图5是本实用新型实施例通过仿真得到的S参数的示意图，如图5所示。所述第一单极天线(1)和所述第二单极天线(3)的反射系数S11和S33在2.09GHz到2.94GHz之间均小于-10dB；在2.0GHz到3.0GHz整个频段内，所述第一单极天线(1)和所述第二单极天线(3)之间的隔离度S13均小于-40dB。这说明两个单极天线均具有良好的辐射性能，且两个单极天线之间具有很高的隔离度。

图6为本实用新型实施例仅上层所述第一单极天线(1)馈电时的三维辐射方向图，图7为本实用新型实施例仅下层所述第二单极天线(3)馈电时的三维辐射方向图，图6和图7分别仿真了单个单极天线馈电时的辐射方向图。如图6和图7所示，仿真结果表明，无论是上层单极天线(1)还是下层单极天线(3)单独工作时，均可以获得全向辐射特性；

图8为本实用新型实施例上层所述第一单极天线(1)和下层所述第二单极天线(3)共同馈电时的三维辐射方向图。图8仿真了两个单极天线同时馈电时的辐射方向图。如图8所示，仿真结果表明，上层单极天线(1)和下层单极天线(3)同时馈电时，同样可以获得全向辐射特性。

本实用新型实施例中，采用上述结构设计的天线系统，具备以下优点：

(1)各个单极天线全向辐射，从而可以有效地接收各个方向的电磁波，设备在使用时，无论如何转向，都可以接收到基站信号。

也就是说，本实用新型实施例中，着重于宽波束全向天线的实现，以及高隔离度双单元系统构建。首先，采用折线形式，形成超1/4波长的单极子天线，从而形成宽波束辐射特性；其次，采用上下排列形式，避免相互之间的辐射影响，从而保证全向辐射特性。此天线系统不仅可以直接与基站进行通信，而且可以在水平面全向覆盖，从而与终端通信。

(2)天线系统的工作方式为：双天线单元形成分极接收特性，从而形成多输入多输出方式。

(3)上层单极天线单元的金属底板采用碗状反射板，可以有效降低上层单极天线单元电磁波对后向的辐射和绕射，进而控制整个天线的辐射波束形式，减弱上下两个单极天线单元之间的相互影响。下层单极天线的反射板采用圆形平面结构设计，与天线罩共形，可与其直接结合，方便天线的安装和维护。

(4)中间隔离板的形式，可以采用圆形、方形或其它形状，其主要作用为调节上下两个单极天线单元之间的隔离度。也就是说，中间隔离板的引入，进一步增大了上层单极天线和下层单极天线的隔离度。

Claims (10)

1.一种天线系统，其特征在于，所述天线系统包括：

隔离板，

第一单极天线，位于所述隔离板的上层，用于产生稳定的宽波束全向辐射方向图；

第二单极天线，位于所述隔离板的下层，用于产生稳定的宽波束全向辐射方向图；

其中，所述第一单极天线和所述第二单极天线共轴排列。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一单极天线，包括：

第一单极天线辐射结构；

和，

碗状反射板。

3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第二单极天线，包括：

第二单极天线辐射结构；

和，

平面圆形反射板。

4.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一单极天线和所述第二单极天线的单极天线辐射结构相同或不同。

5.根据权利要求4所述的天线系统，其特征在于，

所述第一单极天线的第一单极天线辐射结构的上部为矩形结构；

所述第一单极天线的第一单极天线辐射结构的中部为细线折叠结构；

所述第一单极天线的第一单极天线辐射结构的下部为三角渐变结构；

所述第二单极天线的第二单极天线辐射结构的上部为矩形结构；

所述第二单极天线的第二单极天线辐射结构的中部为细线折叠结构；

所述第二单极天线的第二单极天线辐射结构的下部为三角渐变结构。

6.根据权利要求5所述的天线系统，其特征在于，

上部的矩形结构，用于通过形成单极子天线加载效果来实现电磁波的全向辐射。

7.根据权利要求5所述的天线系统，其特征在于，

中部的细线折叠结构，与下部的三角渐变结构和上部的矩形结构进行连接，用于通过增加电流的流动路径来形成曲流形天线。

8.根据权利要求5所述的天线系统，其特征在于，

下部的三角渐变结构，用于通过使天线在整个工作频带内的阻抗趋于稳定来扩展天线带宽。

9.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述隔离板，用于根据所述第一单极天线和所述第二单极天线之间的隔离度，来调整自身的形状、大小和位置。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的天线系统。