CN220914568U - 天线结构、天线模组及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种天线结构、天线模组及车辆，该天线结构包括呈环形或多边形布置的多个天线阵元，多个天线阵元将所在空间划分为位于天线结构内侧的内侧空间以及位于天线结构外侧的外侧空间，天线阵元至少朝向外侧空间辐射，任意相邻的两个天线阵元的辐射范围在环形或多边形的周向上具有重叠区域，如此能够实现天线具有较高的增益的同时，还能够提升天线的空分能力。

Description

天线结构、天线模组及车辆

技术领域

本公开涉及无线通信技术领域，具体地，涉及一种天线结构、天线模组及车辆。

背景技术

高增益天线通常在特定方向的辐射较为集中，能量增益高且信号强度高，但是会使得波瓣宽度降低，影响天线的空分能力。相关技术中，通过采用八木天线结构设计来提升天线的空分能力，但是此种方式下，还会使得天线在周向空间内的覆盖范围存在一定局限性，甚至会出现覆盖漏洞的问题。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种天线结构、天线模组及车辆，该天线结构能够实现天线具有较高的增益的同时，还能够提升天线的空分能力，以至少部分地解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本公开的第一方面提供一种天线结构，包括呈环形或多边形布置的多个天线阵元，所述多个天线阵元将所在空间划分为位于所述天线结构内侧的内侧空间以及位于所述天线结构外侧的外侧空间，所述天线阵元至少朝向所述外侧空间辐射，任意相邻的两个所述天线阵元的辐射范围在所述环形或多边形的周向上具有重叠区域。

可选地，所述天线阵元包括微带天线。

可选地，所述微带天线包括介质基板、天线辐射体以及接地板，所述介质基板具有面向所述内侧空间的第一表面和面向所述外侧空间的第二表面，所述天线辐射体连接在所述第二表面上，所述接地板层叠布置在所述介质基板的第一表面上，所述天线辐射体与所述接地板电连接。

可选地，每个所述第二表面上均具有呈阵列布置的多个所述天线辐射体。

可选地，每个所述第二表面上的所述多个天线辐射体沿所述环形或多边形的周向等间距布置。

可选地，所述天线结构具有呈环形或多边形的截面，所述截面为中心对称图形和/或轴对称图形。

可选地，所述天线阵元的数量为四个且呈矩形布置，所述天线阵元在所述矩形的周向上具有大于90°的辐射范围。

本公开的第二方面提供一种天线模组，包括芯片和如上所述的天线结构，所述天线结构的天线阵元与所述芯片电连接，所述芯片包括通信模块。

可选地，所述通信模块包括蓝牙模块、wifi模块、4G模块、5G模块以及ZigBee模块中的至少一者。

本公开的第三方面提供一种车辆，包括如上所述的天线模组。

通过上述技术方案，即本公开提供的天线结构，该天线结构通过将多个天线阵元所在的空间划分为位于天线结构内侧的内侧空间，以及位于天线结构外侧的外侧空间，并且每个天线阵元均能够实现朝向外侧空间辐射信号，同时由于多个天线阵元呈环形或多边形布置，并且任意相邻的两个天线阵元的辐射范围在环形或多边形的周向上具有重叠区域，使得能够通过呈环形或多边形布置的多个天线阵元将信号实现例如在周向空间内的全向360°的辐射，保证了天线具有较高的增益的同时，避免在周向空间的全向360°的范围内天线辐射出现覆盖漏洞的问题。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开示例性实施方式中提供的天线结构的结构示意图；

图2是本公开示例性实施方式中提供的天线模组的结构示意图；

图3是本公开示例性实施方式中提供的天线模组在二维空间上的波束扫描范围的示意图；

图4是本公开示例性实施方式中提供的天线模组的单个天线阵元在极坐标系上的天线辐射方向图。

附图标记说明

1-天线阵元；110-介质基板；111-第一表面；112-第二表面；120-天线辐射体；130-接地板；2-内侧空间；3-外侧空间；4-重叠区域；5-芯片；6-馈线。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

需要说明的是，本公开中所有获取信号、信息或数据的动作都是在遵照所在地国家相应的数据保护法规政策的前提下，并获得由相应装置所有者给予授权的情况下进行的。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，“内、外”是指相对于部件或结构本身轮廓的内、外。此外，需要说明的是，所使用的术语如“第一、第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。另外，在参考附图的描述中，不同附图中的同一标记表示相同的要素。

高增益天线通常在特定方向的辐射较为集中，能量增益高且信号强度高，但是会使得波瓣宽度降低，影响天线的空分能力(覆盖范围)，因此，相关技术中，通常采用例如八木天线结构设计来保证较高的增益的同时，提升天线的覆盖范围，但是，现有的天线结构都是基于单向辐射范围的提升，无法满足在周向空间内全向360°的范围的辐射覆盖，使得天线的空间覆盖范围存在一定局限性，甚至会出现覆盖漏洞的问题。

其中，需要说明的是，上述单向辐射范围可以理解的是，例如参考图3所示，本公开的天线结构可以为包括呈例如矩形的四个天线阵元1，每个天线阵元1均能够实现朝向外侧空间3辐射，如此能够实现沿例如矩形或其他多边形的周向上的全向360°的覆盖范围，但是，相关技术通常都是采用单方向天线辐射，即，天线仅具有朝单侧方向布置的一个天线阵元1，进而实现单方向向外侧空间3辐射，如此，便会造成在沿周向上全向360°方向上辐射覆盖存在漏洞的问题，使得天线的空间覆盖范围存在一定局限性。

基于此，根据本公开的第一方面，提供一种天线结构，参考图1至图3所示，该天线结构包括呈环形或多边形布置的多个天线阵元1，多个天线阵元1将所在空间划分为位于天线结构内侧的内侧空间2以及位于天线结构外侧的外侧空间3，天线阵元1至少朝向外侧空间3辐射，任意相邻的两个天线阵元1的辐射范围在环形或多边形的周向上具有重叠区域4。

通过上述技术方案，即本公开提供的天线结构，该天线结构通过将多个天线阵元所在的空间划分为位于天线结构内侧的内侧空间2，以及位于天线结构外侧的外侧空间3，并且每个天线阵元均能够实现朝向外侧空间3辐射信号，同时由于多个天线阵元1呈环形或多边形布置，并且任意相邻的两个天线阵元的辐射范围在环形或多边形的周向上具有重叠区域4，使得能够通过呈环形或多边形布置的多个天线阵元1将信号实现例如在周向空间内的全向360°的辐射，保证了天线具有较高的增益的同时，避免在周向空间的全向360°的范围内天线辐射出现覆盖漏洞的问题。

可选地，在一些实施方式中，参考图1至图3所示，天线阵元1的数量可以为四个且呈矩形状布置，结构简单且便于现场安装制造。并且为了保证任意相邻的两个天线阵元1的辐射范围在矩形的周向上具有重叠区域4，每个天线阵元1至少保证在沿周向上具有90°以上的辐射范围，如此能够保证相邻的两个天线阵元1的辐射范围在矩形的周向上具有重叠区域4。

当然，上述天线阵元1的数量为四个且呈矩形状布置的实施例是示例性地，在另一些实施方式中，天线阵元1的数量也可以为三个且呈三角形布置，或者也可以将多个天线阵元1布置为呈例如圆形或者其他多边形，本公开对此类变形方式不作具体限定，其目的是能够使得多个天线阵元1实现在周向空间内全向360°的辐射即可，同时保证任意相邻的两个天线阵元1的辐射范围在环形或多边形的周向上具有重叠区域4，从而避免出现辐射覆盖漏洞的问题。

在一些实施方式中，每个天线阵元1均可以包括微带天线，由于微带天线具有高指向性和高增益等优点，能够保证每个天线阵元1均具有较高的增益，并且由于微带天线整体结构较为简单，便于现场安装制造，成本较低。其中，天线在某方向的增益定义为天线在该方向上的辐射功率密度与馈有相同的输入功率的无损耗、无方向性的理想天线在该方向辐射功率密度之比，因此，增益定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。

当然，需要说明的是，上述每个天线阵元1构造为微带天线的实施例是示例性地，在另一些实施方式中，天线阵元1也可以构造为例如抛物面天线或缝隙天线等其他天线结构，本公开对此类变形方式不作具体限定，本领域技术人员可以根据天线的实际应用场景以及使用需求适应地设计，其目的是能够实现将多个天线阵元1呈环形或多边形布置，以保证在周向空间内全向360°的辐射即可。

可选地，在一些实施方式中，参考图1至图3所示，微带天线可以包括介质基板110、天线辐射体120以及接地板130，介质基板110具有面向内侧空间2的第一表面111和面向外侧空间3的第二表面112，天线辐射体120连接在第二表面112上，接地板130层叠布置在介质基板110的第一表面111上，天线辐射体120与接地板130电连接，如此，将例如芯片5与上述天线辐射体120之间电连接后，便能够实现通过天线辐射体120将芯片5的信号朝向外侧空间3辐射，整体结构且便于安装制造。

其中，天线辐射体120可以为布置介质基板110的第二表面112上的辐射贴片，重量轻且空间占用面积较低，便于实现天线的轻量化设计。另外，辐射贴片的形状可以为例如圆形、矩形或其他多边形结构，本公开对此不作具体限定。此外，天线辐射体120的材质以及与介质基板110的第二表面112的固定连接方式，本公开对此均不作具体限定，本公开改进不在于此，本领域技术人员可以根据天线的实际应用场景以及使用需求适应地布置。

可选地，在一些实施方式中，参考图1和图2所示，每个第二表面112上均可以具有呈阵列布置的多个天线辐射体120，从而保证每个天线阵元1均具有较高的辐射强度，并且可以通过例如波束扫描的方式适应性地调整每个天线辐射体120的例如相位(φ)或振幅等辐射参数，从而能够适应性地调整每个天线辐射体120的波束辐射角度，进而能够更好的保证任意相邻的两个天线阵元1的辐射范围在环形或多边形的周向上具有重叠区域4，实现沿矩形或其他多边形的周向上的全向360°的覆盖范围。其中，多个天线辐射体120可以呈例如矩形阵列或环形阵列的方式间隔地布置，本公开对此类变形方式不作具体限定。

另外，还需要说明的是，由于天线辐射体120的数量为多个，从而能够使得部分波束的辐射方向相同，如此，相同辐射方向的波束彼此之间进行波的叠加会增强各自的振幅，使得合成后的波辐射强度更大，因此，本公开提供的天线结构能够实现具有较高的增益的同时，还能够实现在周向上全向360°的覆盖范围。此外，波束扫描的方式可以为例如机械波束扫描或者电子波束扫描等方式，本领域技术人员可以根据天线的实际应用场景以及使用需求适应性地设计，本公开的改进不在此，在此不做过多赘述。

可选地，在一些实施方式中，参考图1和图2所示，每个第二表面112上的多个天线辐射体120沿环形或多边形的周向等间距布置，从而能够保证每个天线阵元1的信号辐射的均匀性。其中，任意相邻两个天线辐射体120之间的距离本公开不作具体限定，本领域技术人员可以根据天线的实际应用场景以及使用需求适应性地设计。

在一些实施方式中，参考图1和图2所示，天线结构可以具有呈环形或多边形的截面，并且截面为中心对称图形和/或轴对称图形，可以理解的是，该截面为如图2所示的图面方向的截面图，即，例如天线结构的天线阵元1的数量为四个时，相应地截面为如图2所示矩形，如此，通过将截面布置为中心对称图形和/或轴对称图形能够保证天线结构沿环形或多边形的周向上的全向360°辐射信号的一致性，进而当将上述天线结构应用在例如车辆等终端设备上时，能够更加精准地实现对终端设备的定位。

其中，需要说明的是，多个天线阵元1的相邻两个介质基板110之间的固定方式，以及介质基板110的具体外形轮廓和尺寸大小，本公开均不作具体限定，本领域技术人员可以根据天线的实际应用场景以及使用需求适应性地设计，本公开的改进不在此，在此不做过多赘述。

根据本公开的第二方面，还提供一种天线模组，参考图2和图3所示，该天线模组包括芯片5和上述的天线结构，天线结构的天线阵元1与芯片5电连接，芯片5包括通信模块。该天线模组通过设置有上述天线结构能够实现天线模组具有较高的增益的同时，还能够提升天线模组的空分能力。此外，该天线模组具有上述天线结构的所有有益效果，本公开在此不再赘述。

可选地，在一些实施方式中，通信模块可以包括蓝牙模块、wifi模块、4G模块、5G模块以及ZigBee模块中的至少一者，如此，能够实现天线模组在不用场景下的使用需求。另外，参考图2和图3所示，天线阵元1与芯片5可以采用例如馈线6直接电连接，如此整个系统集成度高，不需要复杂的模块间同步和结算，更方便集中数据处理、管理，提高定位结果输出实时性。其中，天线阵元1与芯片5采用例如馈线6直接电连接的具体连接结构本公开在此不作过多赘述，本公开的改进不在于此，本领域技术人员可以根据本领域内公知的任意馈电连接方式进行相应地结构设计，进而实现芯片5与天线阵元1之间的馈电连接。

可选地，在一些实施方式中，参考图2和图3所示，芯片5可以位于内侧空间2中布置，从而能够便于将芯片5与天线阵元1之间通过馈线6连接，并且能够实现缩短布线距离，进而简化安装及减少布线占用的空间，进一步地降低天线组件的空间占用面积。当然，需要说明的是，上述芯片5位于内侧空间2中布置的实施例是示例性地，在另一些实施方式中，芯片5也可以独立于天线结构布置，例如可以集成于馈电网络(图中未示出)，其目的是能够实现将芯片5与天线阵元1电连接，从而实现提供相应的辐射信号即可。

另外，需要说明的是，上述芯片5可以为例如SOC芯片(System on Chip)，即，可以理解的是，SOC芯片是将例如CPU、GPU、存储器以及蓝牙芯片等集成到一个芯片上，从而能够有效地降低天线模组的开发成本且缩短设计周期，同时具有轻量化、低功耗以及高效率的优点。

根据本公开的第三方面，还提供一种车辆，该车辆包括上述的天线模组。该车辆通过设置有上述天线模组能够实现通过天线模组对车辆的车身全向360°的覆盖，如此在例如对车辆进行定位作业时，能够根据车辆的来波的信号强度以及来波的信号方向实现对车辆的精准定位。此外，该天线模组具有上述天线结构的所有有益效果，本公开在此不再赘述。

另外，本公开基于上述天线模组结构根据例如阵列波束宽度和来波距离的理论计算，得出应用上述天线结构的例如车辆等终端设备在不同距离下的定位精度，由此，定位精度与终端距离的对比如下表：

终端距离/m	0.5	1	2	5	10
						定位精度/m	0.15	0.3	0.6	1.6	3

由此，可以看出终端距离越近，系统定位精度越高，更符合实际应用需求。并且如图4所示，可以看出每个天线阵元1的最大增益均为12.4dB，具有较高的天线增益，因此，本公开提供的天线模组具有较高的增益同时，还能够有效地提升天线模组的空分能力，并且整个系统具有集成度高，结构简单以及实用性高的优点。

当然，需要说明的是，本公开第二方面提供的天线模组也均可以应用在例如手机或电脑或个人数字助理等终端设备中，例如该终端设备可以包括无线收发系统，该无线收发系统可以包括发射端装置和/或接收端装置，并且上述发射端装置和接收端装置的至少一者可以设置有上述天线模组，如此，能够实现信号的快速传输，以及实时性定位分析和处理。本公开不限于此。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种天线结构，其特征在于，包括呈环形或多边形布置的多个天线阵元，所述多个天线阵元将所在空间划分为位于所述天线结构内侧的内侧空间以及位于所述天线结构外侧的外侧空间，所述天线阵元至少朝向所述外侧空间辐射，任意相邻的两个所述天线阵元的辐射范围在所述环形或多边形的周向上具有重叠区域。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线阵元包括微带天线。

3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述微带天线包括介质基板、天线辐射体以及接地板，所述介质基板具有面向所述内侧空间的第一表面和面向所述外侧空间的第二表面，所述天线辐射体连接在所述第二表面上，所述接地板层叠布置在所述介质基板的第一表面上，所述天线辐射体与所述接地板电连接。

4.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，每个所述第二表面上均具有呈阵列布置的多个所述天线辐射体。

5.根据权利要求4所述的天线结构，其特征在于，每个所述第二表面上的所述多个天线辐射体沿所述环形或多边形的周向等间距布置。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构具有呈环形或多边形的截面，所述截面为中心对称图形和/或轴对称图形。

7.根据权利要求6所述的天线结构，其特征在于，所述天线阵元的数量为四个且呈矩形布置，所述天线阵元在所述矩形的周向上具有大于90°的辐射范围。

8.一种天线模组，其特征在于，包括芯片和权利要求1-7中任意一项所述的天线结构，所述天线结构的天线阵元与所述芯片电连接，所述芯片包括通信模块。

9.根据权利要求8所述的天线模组，其特征在于，所述通信模块包括蓝牙模块、wifi模块、4G模块、5G模块以及ZigBee模块中的至少一者。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求8或9所述的天线模组。