CN221102438U - 一种用于无线通信的天线 - Google Patents

Abstract

一种用于无线通信的天线，包括：多个辐射组件，其包括至少两组按不同频率工作的辐射组件；用于安装所述多个辐射组件的RF PCB基板，其中所述多个辐射组件被排列成阵列；以及与所述多个辐射组件相连的多个天线端口，所述多个天线端口用于以多个不同频率激励所述多个辐射组件。

Description

一种用于无线通信的天线

技术领域

本实用新型涉及一种用于无线通信的天线，并且具体地但非排他地，涉及一种用于支持之少两个不同频段的无线通信的天线。

背景技术

近年来，WiFi技术迅速成熟，其中Wifi6的频段包括IEEE802.11a/b/g/n/ac/ax，这些频段都要求较高的辐射性能。然而，辐射性能与天线尺寸成正比，因此大多数应用场景下，为了达到良好的辐射性能，天线尺寸不得不变大。例如，阵列天线可以增加增益和方向性，但尺寸会相应增加。然而，在WiFi应用中，为了实现远距离覆盖，往往需要使用两个或更多个天线组件，这又会进一步增加尺寸。因此，需要设计一种小型阵列天线，尽可能减小尺寸，但仍能够达到良好的辐射性能。

实用新型内容

根据本实用新型的第一方面，提供了一种用于无线通信的天线，其具有：多个辐射组件，其包括至少两组按不同频率工作的辐射组件；用于安装所述多个辐射组件的RFPCB基板，其中所述多个辐射组件被排列成阵列；以及与所述多个辐射组件相连的多个天线端口，所述多个天线端口用于以多个不同频率激励所述多个辐射组件。

在第一方面的一个实施例中，所述多个辐射组件包括多个天线振子。

在第一方面的一个实施例中，所述多个辐射组件包括按5GHz频段工作的第一组辐射组件和按2.4GHz频段工作的第二组辐射组件。

在第一方面的一个实施例中，所述第一组辐射组件包括多个排成阵列的金属板。

在第一方面的一个实施例中，所述天线还包括用于激励所述第一组辐射组件的微带馈电。

在第一方面的一个实施例中，所述第二组辐射组件包括多个排成阵列的介质谐振器。

在第一方面的一个实施例中，所述天线还包括用于所述激励第二组辐射组件金属传输线。

在第一方面的一个实施例中，所述多个天线端口包括多组天线端口，每组所述天线端口与相对的一组辐射组件相连，其中每组辐射组件通过对称延迟线连接。

在第一方面的一个实施例中，所述每组辐射组件中的所述多个天线振子为呈方形的片形天线，并且相互间等距离分开。

在第一方面的一个实施例中，所述每组辐射组件中的所述多个天线振子通过金属支架安装在所述RFPCB基板上，并通过所述金属支架以短接的方式接地。

附图说明

现在将参考附图以举例的方式描述本实用新型的实施例，其中：

图1是根据本实用新型的一个实施例的天线的正面立体图；

图2是根据本实用新型的一个实施例的天线的侧面图；

图3是根据本实用新型的一个实施例的天线的正面透视图；

图4是图3的天线在2.4Ghz频道工作下(阴影部分为2.401-2.495Ghz)的阻抗匹配性能；

图5是图3的天线在5Ghz频道工作下(阴影部分为5.03-5.99Ghz)的阻抗匹配性能；

图6是图3的天线中端口1的2.4GHz辐射方向图；

图7是图3的天线中端口2的2.4GHz辐射方向图；

图8是图3的天线中端口3的5GHz辐射方向图；

图9是图3的天线中端口4的5GHz辐射方向图；

图10是图3的天线的S参数表现，测量端口为端口3以及端口4；

图11是图3的天线的2.4GHz增益表现；

图12是图3的天线的S参数表现，测量端口为端口1以及端口2；

图13是图3的天线的5GHz增益表现；

图14是图3的天线在2.4Ghz频道工作下的极化相量图；以及

图15是图3的天线在5Ghz频道工作下的极化相量图。

具体实施方式

参见图1至图2，示出了根据本实用新型的实施例的天线，该天线100可用于无线通信，其具有多个辐射组件102，其包括至少两组按不同频率工作的辐射组件102；用于安装所述多个辐射组件102的RFPCB基板104，其中所述多个辐射组件102被排列成阵列；以及与所述多个辐射组件102相连的多个天线端口106，所述多个天线端口106用于以多个不同频率激励所述多个辐射组件102。

如图1所示，天线具有两组按不同频率工作的辐射组件102，如一组于2.4GHz频段工作而另一组于5GHz频段工作，而且每组辐射组件中具有4个辐射组件102，以适当的方式连接到天线端口106，如电连接。

优选地，辐射组件102为天线振子，并利用金属支架108如M3螺栓或其他合适的方式固定在基板104上。基板104优选地为RFPCB基板，如1mm厚的F4B基板，或其他规格的RF基板(如FR4)。另外，金属支架108同时能以短接的方式把辐射组件102接地。

天线100还具有与辐射组件102相连的天线端口106，天线端口106用于以不同频率激励所述多个辐射组件102。例如，第一组于2.4GHz频段工作的辐射组件102A电连接到一对天线端口106，而另一组于5GHz频段工作的辐射组件102B电连接到另一对天线端口106，从而组合成可同时于2.4GHz以及5GHz两个频段工作的天线100，例如适于IEEE802.11a/b/g/n/ac/ax等不同的WiFi频道。可理解的是，天线100同时可以用于只收发2.4或5GHz电波的应用。

优选地，第一组辐射组件102A包括多个具一定厚度(如0.5-1mm)的金属板110排成的阵列，以提供2.4GHz频段工作的通讯功能。例如，如图1及图2所示，RFPCB基板104上可设有四个排成一列的金属板110，分上下两层，并以M3螺栓或其他合适的方式固定在PCB基板104上。金属板片形天线呈方形，并且相互间等距离分开。所述天线100还包括用于激励所述第一组辐射组件102A的微带馈电112，微带馈电112通过通孔(via)114连接下层的四个金属板110，以及该组辐射组件102A的天线端口106A，而上下两层的金属板110同时通过M3螺栓或其他合适的方式以短接方式接地。金属板可以包括铝金属，或其他适合用作制成片形天线/天线振子的金属/导体，而金属板的厚度可以根据不同应用而改变。

优选地，电连接片形天线以及微带馈电112的通孔114可以为1mm大小的金属通孔。微带馈电112可如图示般设置在金属板排成的阵列的两旁。优选地，四个金属板片形天线被分成前后两组，而微带馈电112具有主微带馈电线路112A以及分别连接到前、后两组金属板两旁的分支微带馈电线路112B，以同时为前、后两组共四个片形天线进行激励。例如分支微带馈电112B可以如图示般连接到金属板片形天线于左、右两边的两个角，而主微带馈电线路112A可以连接到四个片形天线两旁的分支微带馈电112B的中间点。

优选地，第二组辐射组件102B包括多个排成阵列的介质谐振器，例如多个介质谐振器可以为6毫米厚的FR4 PCB排成的阵列，以提供5GHz频段工作的通讯功能。或者介质谐振器可以由其他介电质制成，不一定限定为FR4，并具有其他可能的尺寸。

例如，如图1及图2所示，RFPCB基板104上可设有四个排成一列的以6mm FR4 PCB制成的方块118，并以M3螺栓或其他合适的方式固定在RFPCB基板104上，并且相互间等距离分开。所述天线100还包括用于激励所述第二组辐射组件102B的金属传输线116，金属传输线116可以通过通孔114，如1mm大小的金属通孔，连接到四个6mm FR4PCB片形天线的金属层，以及该组辐射组件的天线端口106B，而PCB片形天线的金属层同时通过M3螺栓或其他合适的方式以短接方式接地。

优选地，电连接片形天线以及金属传输线116的通孔114可以为1mm或其他合适尺寸大小的金属通孔。金属传输线116可如图示般设置在RFPCB基板104的底部。

参考图3，天线100可具有约200mm x 90mm的尺寸，而其中第二组辐射组件102B可包括一列35mm x 35mm的2.4GHz FR4片形天线，FR4片形天线以15mm间距分隔。而第一组辐射组件102A可包括一列约20mm x 20mm大小的金属板片形天线，并以约35mm间距分隔。另外，天线端口106可接上RF连接器并通过RF电(未示出)连接到其他无线通信部件，如无线路由器的主机部分。可理解的是，天线端口106可以通过其他连接方式，如焊接的方式连接到其他部件。

优选地，天线100还包括其他适合的RF配置。例如馈线网络可被设置在为天线输入端口106提供50欧姆阻抗，可利用匹配小节(matching stub)来实现微调匹配。另外，每组所述天线端口106包括一组对称延迟线连接辐射组件,可以有效地提高交叉极化天线的隔离性。

在一个本实用新型的实施例中，无线天线100通过天线端口106分别连到2.4GHz以及5Ghz的通讯电路，并通过微带馈电112以及金属传输线116激励对应的金属板片形天线以及FR4 PCB片形天线并传送2.4GHz以及5Ghz的无线电波。图4至图15示出了天线分别于2.4GHz以及5Ghz工作频道下的表现。其中在测试中，2.4GHz的两个天线端口被设定成「端口1」及「端口2」，而5GHz的两个天线端口被设定成「端口3」及「端口4」。

在示例性的测试中，为了实现最高增益且主波束对准主轴，4个辐射组件被处于同相位辐射状态。另外，如图14及15所示，阵列天线可以是交叉极化的。两个片形天线是差分馈电组件，差分馈电方法有助于有效地抑制交叉极化。

图4至图15示出了展示了模拟和实测的辐射性能，包括天线增益、回波损耗、辐射图案等。结果显示了宽带宽度，覆盖了2.4GHz频段，高增益达到9dBi和5GHz下的14.5dBi(典型值)，低旁瓣水平，低背瓣水平等，总结如下：

-n＝2,于2.4GHz端口；以及m＝2,于5GHz端口；

-最大增益为≥7dBi@2.4GHz；

-两个2.4GHz的天线端口为±45度相差

-最大增益为≥11dBi@5GHz；

-两个5GHz的天线端口为±45度相差

-S11≤-10dB

-天线尺寸≤200mm x 90mm

有利地，本实用新型提供了一种2.4GHz双端口和4个辐射组件的天线，以及一个5GHz双端口和4个辐射组件的天线。该混合结构组合在同一基板上，具有最小化整体阵列天线的尺寸，但保持以下特性：简单及易用的馈电网络设计；以及良好的辐射性能，包括定向性和天线增益。

阵列天线具有4个(片形)辐射组件和4个PCB辐射器。这2组辐射组件都是由一组对称延迟线馈电的。而且阵列天线可以由多个微带天线振子辐射组件馈电形成的，其中一些辐射组件可用金属传输线到金属辐射器，因此两个天线可以共同工作，而不会损失定向性或天线增益。

本领域技术人员将理解，在不脱离如广泛描述的本实用新型的精神或范围的情况下，可对如具体实施例中所示的本实用新型进行许多变化和/或修改。因此，本实用新型的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。

除非另外指明，否则本文所包含的对现有技术的任何引用不应被视为承认该信息是公知常识。

Claims (10)

1.一种用于无线通信的天线，包括：

多个辐射组件，其包括至少两组按不同频率工作的辐射组件；

用于安装所述多个辐射组件的RFPCB基板，其中所述多个辐射组件被排列成阵列；以及

与所述多个辐射组件相连的多个天线端口，所述多个天线端口用于以多个不同频率激励所述多个辐射组件。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述多个辐射组件包括多个天线振子。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于：所述多个辐射组件包括按5GHz频段工作的第一组辐射组件和按2.4GHz频段工作的第二组辐射组件。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于：所述第一组辐射组件包括多个排成阵列的金属板。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于：还包括用于激励所述第一组辐射组件的微带馈电。

6.根据权利要求3所述的天线，其特征在于：所述第二组辐射组件包括多个排成阵列的介质谐振器。

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于：还包括用于激励所述第二组辐射组件金属传输线。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述多个天线端口包括多组天线端口，每组所述天线端口与相对的一组辐射组件相连，其中每组辐射组件通过对称延迟线连接。

9.根据权利要求2所述的天线，其特征在于：所述每组辐射组件中的天线振子为呈方形的片形天线，并且相互间等距离分开。

10.根据权利要求2所述的天线，其特征在于：所述每组辐射组件中的天线振子通过金属支架安装在所述RFPCB基板上，并通过所述金属支架以短接的方式接地。