CN104282997B - 高效的天线阵列装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种高效的天线阵列装置，它由天线牵引板（100）及天线馈电板（200）组成；天线牵引板（100）垂直间隔的放在天线馈电板（200）上方,天线牵引板（100）是单层PCB平板，其表面均匀排列着四个耦合单元（110），四个耦合单元（110）都是矩形金属；天线馈电板（200）是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层（210），上层是馈电层（220），馈电层（220）包含了馈电网络和馈电网络相互连接的四个均匀排列的矩形辐射单元（230）；该高效的天线阵列装置经过馈电层（220）中的馈电网络对四个辐射单元（230）馈电实现了两个正交极化的高效率辐射，可用于无线通信的各个频段;本发明的技术方案，实现高频宽，同时具有，体积小、结构简单、增益高的优点。

Description

高效的天线阵列装置

技术领域

本发明涉及4G天线以及基于IEEE.802.11技术数据无线回传天线，更具体地说，涉及一种4G的关键技术MIMO(多路输入输出)天线以及无线回传天线。

背景技术

随者移动通讯技术发展到第三代(3G)，特别是智能终端的出现，使市场对移动数据的需求急剧膨胀，而目前的3G技术是当初基于语音通信发展出的技术，由于受到移动数据带宽的限制，对移动数据，目前已不能满足移动数据需求的迅速发展。MIMO(多路输入输出)多天线技术是4G中的一项关键技术，可以大大增加无线通信系统的容量，并有效改善无线通信系统的性能，非常适合未来移动通信系统中对高速率数据的要求。MIMO(多路输入输出)多天线技术是在无线链路两端都使用多元天线，将发送分集和接收分集结合起来的技术，如何在狭小空间内安置多个天线，同时避免天线间的相互干扰，实现各个天线的高辐射效率改善无线通信系统的容量，这对天线设计来说是个挑战。而双极化天线可成为MIMO多天线一种可实现的技术方式。

由此，一种新型的高效的天线阵列装置可以实现双极化，做为一种MIMO(多路输入输出)多天线实现方式，满足4G移动系统以及4G移动系统无线传输的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的高效的天线阵列装置，具有增益高、体积小、结构简化等特点。

根据本发明，提供一种高效的天线阵列装置，它由天线牵引板及天线馈电板组成；天线牵引板垂直间隔的放在天线馈电板上方,天线牵引板是单层PCB平板，其表面均匀排列着四个耦合单元，四个耦合单元都是矩形金属；天线馈电板是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层，上层是馈电层)，馈电层包含了馈电网络和馈电网络相互连接的四个均匀排列的矩形辐射单元；该高效的天线阵列装置经过馈电层中的馈电网络对四个辐射单元馈电实现了两个正交极化的高效率辐射。

馈电层中的馈电网络是由微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅲ、微带线Ⅳ、微带线Ⅴ、微带线Ⅵ、微带线Ⅶ组成，相同标号的微带线长度和宽度相同，不同标号的微带线长度或宽度不相同，其中微带线Ⅰ、微带线Ⅵ的宽度相同，但它们小于微带线Ⅱ的宽度，微带线Ⅱ的宽度小于微带线Ⅲ、微带线Ⅳ、微带线Ⅴ、微带线Ⅶ的宽度，而微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ、微带线Ⅴ、微带线Ⅶ的宽度相同，但它们的长度和形状有所不同。

根据本发明，所述的高效的天线阵列装置，在馈电层中，在一信号馈电处，信号电流经过节点Ⅰ分流，一路电流经过上侧微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅶ流入节点Ⅳ；这一路连续的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅶ组成右凸或左凹的凹凸形状或连续凹凸的蛇形线形状；电流经过节点Ⅳ分流，电流经过左右对称并联的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅴ流入上方左右两个辐射单元的水平中心位置；另一路电流在节点Ⅰ分流经下侧微带线Ⅵ流入节点Ⅲ，电流在节点Ⅲ分流，电流经过左右对称并联的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅴ流入下方左右两个辐射单元的水平中心位置。

根据本发明，所述的高效的天线阵列装置，在另一信号馈电处，信号电流经过节点Ⅹ分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅲ流入上下位置对称的两个节点Ⅱ，电流在上下对称的两个节点Ⅱ左右分流；电流在节点Ⅱ左侧分流，左侧电流经微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅳ流入左侧的两个辐射单元垂直中心位置，这一路连续的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅳ组成上凸或下凹的凹凸形状或连续凹凸的蛇形线形状；电流在节点Ⅱ右侧分流，右侧电流经微带线Ⅵ流入右侧两个辐射单元垂直中心位置。

根据本发明，所述的高效的天线阵列装置，在另一信号馈电处，信号电流经过节点Ⅹ分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅲ流入上下位置对称的两个节点Ⅱ；电流在上下对称的两个节点Ⅱ左右分流，电流经过左右两侧并联的微带线Ⅰ、微带线Ⅱ、微带线Ⅳ流入左侧的两个辐射单元左侧垂直中心位置，以及流入右侧的两个辐射单元左侧垂直中心位置。

根据本发明，所述的高效的天线阵列装置，在馈电板中和馈电网络相互连接的四个矩形辐射单元相隔一定间距，对称排列，在每个辐射单元上方对称对应排列耦合单元。

根据本发明，所述的高效的天线阵列装置，是由馈电层以及其中所包含馈电网络和馈电网络相互连接的四个辐射单元组成的四单元天线阵列，以以上所述四单元天线阵列为基础组成的八单元阵及十六单元阵均在该专利权利要求保护范围内。

附图说明

本发明的上述的以及其它的特征、性质和优势将通过下面结合附图对实施例的详细说明而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1、2、3、4是按照本发明高效的天线阵列装置的提供的结构图；在图1中所列、一种高效的天线阵列装置，它由天线牵引板100及天线馈电板200组成；天线牵引板100垂直间隔的放在天线馈电板200上方,天线牵引板100是单层PCB平板，其表面均匀排列着四个耦合单元110，四个耦合单元110都是矩形金属；天线馈电板200是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层210，上层是馈电层220，馈电层220包含了馈电网络和馈电网络相互连接的四个均匀排列的矩形辐射单元230；该高效的天线阵列装置经过馈电层220中的馈电网络对四个辐射单元230馈电实现了两个正交极化的高效率辐射。

具体实施方式

图1、2、4是本发明的第一种实现方式，下面结合附图1、2、4进一步说明本发明的技术方案。

参考图1所见，一种高效的天线阵列装置，它由天线牵引板100及天线馈电板200组成；天线牵引板100垂直间隔的放在天线馈电板200上方,天线牵引板100是单层PCB平板，其表面均匀排列着四个耦合单元110，四个耦合单元110都是矩形金属；天线馈电板200是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层210，上层是馈电层220，馈电层220包含了馈电网络和馈电网络相互连接的四个均匀排列的矩形辐射单元230；该高效的天线阵列装置经过馈电层220中的馈电网络对四个辐射单元230馈电实现了两个正交极化的高效率辐射。

参考图2所见，进一步展示了天线馈电板200是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层210，上层是馈电层220，馈电层220包含了馈电网络和馈电网络相互连接的四个均匀排列的矩形辐射单元230；馈电层220中的馈电网络是由微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅵ460、微带线Ⅶ470组成，相同标号的微带线长度和宽度相同，不同标号的微带线长度或宽度不相同，其中微带线Ⅰ410、微带线Ⅵ460的宽度相同，但它们小于微带线Ⅱ420的宽度，微带线Ⅱ420的宽度小于微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅶ470的宽度，而微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅶ470的宽度相同，但它们的长度和形状有所不同。

在馈电层220中，在一信号馈电处，信号电流经过节点Ⅰ310分流，一路电流经过上侧微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅶ470流入节点Ⅳ340；这一路连续的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅶ470组成右凸或左凹的凹凸形状或连续凹凸的蛇形线形状；电流经过节点Ⅳ340分流，电流经过左右对称并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅴ450流入上方左右两个辐射单元230的水平中心位置；另一路电流在节点Ⅰ310分流经下侧微带线Ⅵ460流入节点Ⅲ330，电流在节点Ⅲ330分流，电流经过左右对称并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅴ450流入下方左右两个辐射单元230的水平中心位置。

在另一信号馈电处，信号电流经过节点Ⅹ300分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅲ430流入上下位置对称的两个节点Ⅱ320，电流在上下对称的两个节点Ⅱ320左右分流；电流在节点Ⅱ320左侧分流，左侧电流经微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅳ440流入左侧的两个辐射单元230垂直中心位置，这一路连续的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅳ440组成上凸或下凹的凹凸形状或连续凹凸的蛇形线形状；电流在节点Ⅱ320右侧分流，右侧电流经微带线Ⅵ460流入右侧两个辐射单元230垂直中心位置。

在馈电板200中和馈电网络相互连接的四个矩形辐射单元230相隔一定间距，对称排列，在每个辐射单元230上方对称对应排列耦合单元110。

参考图4所见，天线牵引板100中四个耦合单元110的排列位置，天线牵引板100是单层PCB平板，其表面均匀排列着四个耦合单元110，四个耦合单元110都是矩形金属，天线牵引板100垂直间隔的放在天线馈电板200上方，和天线馈电板200有一定的间隔。

图1、3、4是本发明的第二种实现方式，由于在附图1、4中第二种实现方式和第一种方式完全相同，故下面只结合附图3进一步说明本发明的第二种实现技术方案。

参考图3所见，进一步展示了天线馈电板200是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层210，上层是馈电层220，馈电层220包含了馈电网络和馈电网络相互连接的四个均匀排列的矩形辐射单元230；馈电层220中的馈电网络是由微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅵ460、微带线Ⅶ470组成，相同标号的微带线长度和宽度相同，不同标号的微带线长度或宽度不相同，其中微带线Ⅰ410、微带线Ⅵ460的宽度相同，但它们小于微带线Ⅱ420的宽度，微带线Ⅱ420的宽度小于微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅶ470的宽度，而微带线Ⅲ430、微带线Ⅳ440、微带线Ⅴ450、微带线Ⅶ470的宽度相同，但它们的长度和形状有所不同。

在馈电层220中，在一信号馈电处，信号电流经过节点Ⅰ310分流，一路电流经过上侧微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅶ470流入节点Ⅳ340；这一路连续的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅶ470组成右凸或左凹的凹凸形状或连续凹凸的蛇形线形状；电流经过节点Ⅳ340分流，电流经过左右对称并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅴ450流入上方左右两个辐射单元230的水平中心位置；另一路电流在节点Ⅰ310分流经下侧微带线Ⅵ460流入节点Ⅲ330，电流在节点Ⅲ330分流，电流经过左右对称并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅴ450流入下方左右两个辐射单元230的水平中心位置。

在另一信号馈电处，信号电流经过节点Ⅹ300分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅲ430流入上下位置对称的两个节点Ⅱ320；电流在上下对称的两个节点Ⅱ320左右分流，电流经过左右两侧并联的微带线Ⅰ410、微带线Ⅱ420、微带线Ⅳ440流入左侧的两个辐射单元230左侧垂直中心位置，以及流入右侧的两个辐射单元230左侧垂直中心位置。

在馈电板200中和馈电网络相互连接的四个矩形辐射单元230相隔一定间距，对称排列，在每个辐射单元230上方对称对应排列耦合单元110。

根据本发明，所述的高效的天线阵列装置，是由馈电层220以及其中所包含馈电网络和馈电网络相互连接的四个辐射单元230组成的四单元天线阵列，该四单元天线阵列所排列成的版图以及以该四单元天线阵列为基础组成的八单元阵及十六单元阵所排列成的版图均在该专利权利要求保护范围内。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (3)

1.一种高效的天线阵列装置，它由天线牵引板(100)及天线馈电板(200)组成；天线馈电板(200)是双层PCB平板，它的下层是一层金属地层(210)，上层是馈电层(220)，馈电层(220)包含了馈电网络和馈电网络相互连接的四个均匀排列的矩形辐射单元(230)；馈电层(220)中的馈电网络是由微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅲ(430)、微带线Ⅳ(440)、微带线Ⅴ(450)、微带线Ⅵ(460)、微带线Ⅶ(470)组成，相同标号的微带线长度和宽度相同，不同标号的微带线长度或宽度不相同，其中微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅵ(460)的宽度相同，但它们小于微带线Ⅱ(420)的宽度，微带线Ⅱ(420)的宽度小于微带线Ⅲ(430)、微带线Ⅳ(440)、微带线Ⅴ(450)、微带线Ⅶ(470)的宽度，而微带线Ⅲ(430)、微带线Ⅳ(440)、微带线Ⅴ(450)、微带线Ⅶ(470)的宽度相同，但它们的长度和形状有所不同；该高效的天线阵列装置其特征在于：通过馈电层(220)中的馈电网络对四个辐射单元(230)馈电实现了两个正交极化的高效率辐射；在馈电层(220)以及其中所包含馈电网络和馈电网络相互连接的四个辐射单元(230)组成的四单元天线阵列中，以该四单元天线阵列为基础可以组成的八单元阵及十六单元阵；在馈电层(220)中信号电流经过节点Ⅰ(310)分流，一路电流经过上侧微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅶ(470)流入节点Ⅳ(340)；这一路连续的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅶ(470)组成右凸或左凹的凹凸形状或连续凹凸的蛇形线形状；电流经过节点Ⅳ(340)分流，电流经过左右对称并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅴ(450)流入上方左右两个辐射单元(230)的水平中心位置；另一路电流在节点Ⅰ(310)分流经下侧微带线Ⅵ(460)流入节点Ⅲ(330)，电流在节点Ⅲ(330)分流，电流经过左右对称并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅴ(450)流入下方左右两个辐射单元(230)的水平中心位置。

2.如权利要求1所述的高效的天线阵列装置，其特征在于，信号电流经过节点Ⅹ(300)分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅲ(430)流入上下位置对称的两个节点Ⅱ(320)，电流在上下对称的两个节点Ⅱ(320)左右分流；电流在节点Ⅱ(320)左侧分流，左侧电流经微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅳ(440)流入左侧的两个辐射单元(230)垂直中心位置，这一路连续的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅳ(440)组成上凸或下凹的凹凸形状或连续凹凸的蛇形线形状；电流在节点Ⅱ(320)右侧分流，右侧电流经微带线Ⅵ(460)流入右侧两个辐射单元(230)垂直中心位置。

3.如权利要求1所述的高效的天线阵列装置，其特征在于，信号电流经过节点Ⅹ(300)分流，电流经过上下并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅲ(430)流入上下位置对称的两个节点Ⅱ(320)；电流在上下对称的两个节点Ⅱ(320)左右分流，电流经过左右两侧并联的微带线Ⅰ(410)、微带线Ⅱ(420)、微带线Ⅳ(440)流入左侧的两个辐射单元(230)左侧垂直中心位置，以及流入右侧的两个辐射单元(230)左侧垂直中心位置。