一种低剖面全波段wlan?mimo室内分布式天线的制作方法

文档序号:10728243
一种低剖面全波段wlan?mimo室内分布式天线的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种正交或圆周分布辐射本体的低剖面全波段WLAN?MIMO室内分布式天线,其天线由横向、纵向介质板、反射板、巴伦、以及采用覆铜技术制作的背条和振子构成。天线为高增益小型化可覆盖WLAN全频段的MIMO天线。本发明天线通过改变背条与振子的相对位置,及背条与振子耦合产生感应电容来调整超宽带天线的工作波段、天线增益、天线定向性等性能。通过调整天线单元间的距离和角度,实现了小型化,高隔离度,低相关系数,高增益的特点,符合现在无线通信的宽频段,数据容量大的需求。
【专利说明】
-种低剖面全波段WLAN-MI MO室内分布式天线
技术领域
[0001] 本发明设及一种适用于室内使用的MIMO天线,更特别地说,是指一种具有正交分 布福射本体或者圆周分布福射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线。
【背景技术】
[0002] 为了提高WLAN(无线局域网,Wireless Local Area化twork)的吞吐量、传输距离 W及可靠性,新一代无线局域网标准802. Iln引入了MIMO(多输入多输出,Multiple-I吨Ut Multip 1 e-Out)技术,而WLAN MIMO系统的实现不仅有赖于MIMO射频模块的设计,还有赖于 负责上传下达功能的基站端MIMO天线的研制,其性能直接影响到整个WLAN MIMO系统的整 体性能。因此,WLAN MIMO系统的推广应用,对其配套天线的研制提出了两个基本要求:一是 天线能够满足WLAN MIMO系统的应用要求,能够利用最小的空间取得较好的分集增益和复 用增益,并解决由此带来的天线间的禪合或隔离问题,二是天线制造成本较低,具大规模推 广的潜力。
[0003] 室内分布式天线系统(IDAS)通过多个天线将无线信号均匀地分布到室内的每个 角落,实现信号的理想覆盖。为了减少多运营商多制式的重复建设,要求室分天线能够满足 多制式的要求。目前,多模室分天线研究报道还较少,尤其是针对4G通信的天线设计较为匿 乏。
[0004] 在多输入多输出(MIMO)技术中,很少设及天线阵列单元的种类、形式、布局等因素 对天线相关性、容量的影响。

【发明内容】

[0005] 为了实现WLAN-MIMO室内分布式天线具有小型化、高隔离度、大的信道容量,本发 明设计了一种具有正交分布福射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线、或者一 种具有圆周分布福射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线。
[0006] 本发明设计的一种低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线,通过调整正交分布 福射本体或圆周分布福射本体的安装角度、相位差及距离,能够得到多种天线种类;且能够 满足高隔离度、大的信道容量、小型化的需求。
[0007] 本发明设计的一种低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线,设置在介质板上下 的多背条与多振子无需打孔,通过电磁禪合生成感应电容产生多个谐振点,使天线阻抗特 性随频率的变化减小进而拓宽天线的频带。使得天线涵盖了现在常用的所有通信的无线制 式业务,采用两个或=个福射本体的多输入多输出天线,在满足数据量大的同时实现小型 化,高增益,方向性稳定等优点且天线单元之间几乎无相互影响,禪合度和相关系数均满足 要求,在无线通信方面有广泛的应用前景。
[000引本发明低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的优点在于:
[0009]①多背条与振子构成的双层印刷天线是折合振子的变种,因此该天线具有折合振 子的很多优良特性。特别是小的结构尺寸和超宽的工作频带,即小尺寸大频带天线得W实 现,能够加工出单天线尺寸为80mm X 80mm,正交分布福射本体天线为180mm X IOOmm,圆周分 布福射本体天线为160mmX160mm,带宽为2GHz~6GHz,覆盖WLAN全部频段。
[0010] ②在不增加带宽和功率的情况下,利用多径效应,提高处理的数据容量和数据传 输速率。
[0011] ③本发明设计的多背条加载构形对于向低频段拓宽天线的带宽有着明显的效果, 对于天线的小型化有一定效果,且对天线福射特性的影响较小,不会破坏天线的方向性。多 背条加载在介质板的另一侧,无需打孔直接通过电磁禪合产生电容,形成多个谐振点。增加 天线设计的自由度,减少设计时间,使加工更加简洁,并且可W批量的生产。
[0012] ④纵向介质板高度即为低剖面双层印刷超宽带天线的高度,使本发明天线的体积 大大缩小,不但有利于系统的集成,而且在移动通信中有很好的隐身性能。
[0013] ⑤纵向介质板的上方设置横向介质板,纵向介质板的下方设置反射板,所述反射 板能够使本发明天线具有很高的增益(8.2地~IOdB)和定向福射特性。在保密性高的超宽 带通信系统中有很好的应用前景。
[0014] ⑥通过调整单天线间的角度和距离,天线间的距离为80mm,具有小型化的优点,调 整天线单元间的角度实现极化隔离,具有低禪合度,低相关性的优点,隔离度为-25地,同时 满足现在通信高信道容量的需求。
[0015] ⑦通过增加福射天线单元,可W增加天线的波束宽度,双福射单元的天线可W适 用于拐角处,而=福射单元的天线波束宽度几乎可W覆盖360度的范围,可适用于室内中屯、 进行全方位的信号发射和接收。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的正视图。
[0017] 图IA是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的右视图。
[001引图IB是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的左视图。
[0019] 图IC是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的立体图。
[0020] 图ID是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的另一视角立体图。
[0021] 图IE是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线中福射单元的结构 图。
[0022] 图IF是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的福射单元的俯视 图。
[0023] 图IG是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的分解图。
[0024] 图2是本发明正交低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线中的横向介质板的结 构图。
[0025] 图3是本发明纵向介质A板的结构图。
[0026] 图3A是本发明纵向介质A板的另一视角结构图。
[0027] 图4是本发明纵向介质B板的结构图。
[0028] 图4A是本发明纵向介质B板的另一视角结构图。
[0029] 图5A是实施例1构型天线的驻波系数性能图。
[0030] 图5B是实施例1构型天线的增益性能图。
[0031 ]图5C是实施例1构型天线的福射方向E面性能图。
[0032] 图抓是实施例1构型天线的福射方向H面性能图。
[0033] 图祀是实施例1构型天线的S系数性能图。
[0034] 图6是本发明福射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的正 视图。
[0035] 图6A是本发明福射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的右 视图。
[0036] 图6B是本发明福射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的左 视图。
[0037] 图6C是本发明福射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的俯 视图。
[003引图6D是本发明福射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的立 体图。
[0039] 图6E是本发明福射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的另 一视角立体图。
[0040] 图6F是本发明福射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线中福 射单元的结构图。
[0041] 图6G是本发明福射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的福 射单元的俯视图。
[0042] 图細是本发明福射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线的分 解图。
[0043] 图7是本发明福射单元圆周排布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线中的 第二横向介质板的结构图。
[0044] 图8是本发明纵向介质C板的结构图。
[0045] 图8A是本发明纵向介质C板的另一视角结构图。
[0046] 图9是本发明纵向介质D板的结构图。
[0047] 图9A是本发明纵向介质D板的另一视角结构图。
[0048] 图10是本发明纵向介质E板的结构图。
[0049] 图IOA是本发明纵向介质E板的另一视角结构图。
[0050] 图IlA是实施例2构型天线的驻波系数性能图。
[0051] 图IlB是实施例2构型天线的增益性能图。
[0052] 图IlC是实施例2构型天线的福射方向E面性能图。
[0053] 图IlD是实施例2构型天线的福射方向H面性能图。
[0054] 图1化是实施例2构型天线的S系数性能图。 「00551


【具体实施方式】
[0056] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0057] 正交室内分布式天线结构
[005引参见图1、图1A、图1B、图1C、图1D、图1F、图IG所示,本发明设计了一种按着正交布 局福射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线(即至少存在有两个福射本体),其 包括有第一横向介质板UAA己伦2、AB己伦4、第一反射板3、第一支撑组件5、W及采用覆铜 技术制作的背条(AA背条11、AB背条12、BA背条13和BB背条14的结构相同)和振子(AA振子 15、AB振子16、BA振子17和BB振子18的结构相同)dAA己伦2与AB己伦4设置在第一横向介质 板1与第一反射板3之间。第一支撑组件5设置在第一横向介质板1与第一反射板3之间的四 角,用于支撑起第一横向介质板1。其中,AA己伦2与AB己伦4的结构相同,选用目前的常用己 伦设备即可实现,但是,在己伦的介质板上制作的微带线是有改进的。
[0059]参见图化所示,两个福射本体是指由AA背条11、AB背条12、AA振子15、AB振子16和 AA己伦2构成的AA福射本体100和由BA背条13、BB背条14、BA振子17、BB振子18和AB己伦4构 成AB的福射本体200。
[0060]本发明设计的按着正交布局福射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线 为电磁禪合产生电容,无需在背条(AA背条IUAB背条12、BA背条13和BB背条14)上打孔。在 背条与振子的结构配合下拓宽了频带,能够覆盖L波段和S波段。
[0061] 第一横向介质板1
[0062] 参见图1、图IA~图1D、图1F、图1G、图2所示,第一横向介质板1的上面板1-1上设有 AA环形凹槽1A、AB环形凹槽1B、BA环形凹槽IC和BB环形凹槽ID;横向介质板1的下面板1-2上 设有AA蝶形凹槽化、AB蝶形凹槽1F、BA蝶形凹槽IG和BB蝶形凹槽1H。在本发明中,第一横向 介质板1的上下面板上设计的凹槽构形是与背条、振子的构形相匹配的,运有利于通过覆铜 技术来制作背条与振子。
[0063] AA环形凹槽IA用于制作AA背条11。即在AA环形凹槽IA内采用覆铜技术覆上铜材料 形成与所述AA环形凹槽IA构形相同的AA背条11。
[0064] AB环形凹槽IB用于制作AB背条12。即在AB环形凹槽IB内采用覆铜技术覆上铜材料 形成与所述AB环形凹槽IB构形相同的AB背条12。
[0065] BA环形凹槽IC用于制作BA背条13。即在BA环形凹槽IC内采用覆铜技术覆上铜材料 形成与所述BA环形凹槽IC构形相同的BA背条13。
[0066] BB环形凹槽ID用于制作BB背条14。即在BB环形凹槽ID内采用覆铜技术覆上铜材料 形成与所述BB环形凹槽ID构形相同的BB背条14。
[0067] AA蝶形凹槽IE用于制作AA振子15。即在AA蝶形凹槽化内采用覆铜技术覆上铜材料 形成与所述AA蝶形凹槽化构形相同的AA振子15。
[0068] AB蝶形凹槽IF用于制作AB振子16。即在AB蝶形凹槽IF内采用覆铜技术覆上铜材料 形成与所述AB蝶形凹槽IF构形相同的AB振子16。
[0069] BA蝶形凹槽IG用于制作BA振子17。即在BA蝶形凹槽IG内采用覆铜技术覆上铜材料 形成与所述BA蝶形凹槽IG构形相同的BA振子17。
[0070] BB蝶形凹槽IH用于制作BB振子18。即在BB蝶形凹槽IH内采用覆铜技术覆上铜材料 形成与所述BB蝶形凹槽IH构形相同的BB振子18。
[0071] 在本发明中,第一横向介质板1采用介电常数为2.65的聚四氣乙締玻璃纤维布制 作。
[0072] 在本发明中,参见图IF所示,第一横向介质板1的长记为E,宽记为D,且0=(0.6~ 1化。为了满足室内WLAN MIMO系统设计的最小空间取得较好的分集增益和复用增益,对第 一横向介质板1的尺寸需要作限定。
[0073] 背条与振子
[0074] 参见图1、图IC~图IG所示,AA背条11、AB背条12、BA背条13和BB背条14的结构相 同。AA振子15、AB振子16、BA振子17和BB振子18的结构相同。在本发明中,AA背条11与AB背条 12共楠圆,AA振子15与AB振子16共圆,使得AA背条IUAB背条12、AA振子15和AB振子16共形 的福射中屯、点记为〇1(如图IF所示)。同理,BA背条13与BB背条14共楠圆,BA振子17与BB振子 18共圆,使得BA背条13、BB背条14、BA振子17和BB振子18共形的福射中屯、点记为〇2 (如图1F 所示)。把化与化的间距记为U,且U=(10~11化,L为振子构形中梯形的高。
[0075] 参见图IF所示,AA背条11的覆铜宽度记为Ra, AA背条11的长半径记为R长,AA背条11 的短半径记为R盧,AA背条11与AB背条12的间距记为Rb。化二(4~4.5) L,R盧=(1.8~2.2) L,Ra =(1 ~1.1)L,化=(1.5 ~1.8)L。
[0076] 参见图IF所示,所述振子的构形为半圆形和梯形组成。即AA振子15由AA半圆15A和 AA梯形15B构成(如图IG所示),所述AA半圆15A的半径记为R(所述R也是AA梯形15B的下底 宽),AA梯形15B的高记为L,AA梯形15B的上底宽记为w;AA振子15与AB振子16的间距记为g。 则有:L=(0.4~0.6)R,g=(0.1~0.12A,w=(0.2~0.3)L。
[0077] AA己伦2中的纵向介质A板2-3
[007引参见图1、图1C、图1D、图1E、图1G、图3、图3A所示,AA己伦2的纵向介质A板2-3的A面 板2-1上设有AA锥形凹槽2A(如图3所示);纵向介质A板2-3的B面板2-2上设有AB锥形凹槽2B (如图3A所示)"AA锥形凹槽2A与AB锥形凹槽2B的结构不同。
[0079] AA锥形凹槽2A用于制作AA梯形微带线21。即在AA锥形凹槽2A内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述AA锥形凹槽2A构形相同的AA梯形微带线21(如图IG所示)。
[0080] AB锥形凹槽2B用于制作AB梯形微带线22。即在AB锥形凹槽2B内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述AB锥形凹槽2B构形相同的AB梯形微带线22(如图IG所示)。
[0081 ] AB己伦中的纵向介质B板4-3
[00剧参见图1、图1C、图1D、图1E、图1G、图4、图4A所示,AB己伦4的纵向介质B板4-3的A面 板4-1上设有BA锥形凹槽4A(如图4所示);纵向介质B板4-3的B面板4-2上设有BB锥形凹槽4B (如图4A所示)"BA锥形凹槽4A与BB锥形凹槽4B的结构不同。
[0083] BA锥形凹槽4A用于制作BA梯形微带线41。即在BA锥形凹槽4A内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述BA锥形凹槽4A构形相同的BA梯形微带线41(如图IG所示)。
[0084] BB锥形凹槽4B用于制作BB梯形微带线42。即在BB锥形凹槽4B内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述BB锥形凹槽4B构形相同的BB梯形微带线42(如图IG所示)。
[00化]第一反射板3
[0086] 参见图1、图IA~图1D、图IG所示,第一反射板3上设有A矩形孔3A和B矩形孔3B; A矩 形孔3A用于AA己伦2穿过,且AA己伦2固定在A矩形孔3A处;B矩形孔3B用于AB己伦4穿过,且 AB己伦4固定在B矩形孔3B处。
[0087] 第一支撑组件5
[0088] 参见图1、图IA~图ID、图IG所示,第一支撑组件5包括有四个两端带螺纹的支撑柱 和用于与第一横向介质板1和第一反射板3固定的螺母。第一横向介质板1的四个角上设有 上通孔,第一反射板3的四个角上设有下通孔,将支撑柱的一端穿过第一横向介质板1的上 通孔,支撑柱的另一端穿过第一反射板3的下通孔,然后在支撑柱的两端分别螺纹连接上螺 母,则实现了通过第一支撑组件5将第一横向介质板1与第一反射板3的固定安装。第一支撑 组件5选用铜材料制作。
[0089] 参见图1、图1C、图ID所示设计的至少存在有两个福射本体按着正交分布布局的低 剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线,是通过在第一横向介质板1的上面板1-1和下面板 1-2上设置不同的背条和振子来实现2GHZ~6GHZ的频段覆盖,增益为8地~10地,方向图性 能好的小型化定向福射超宽带天线。通过调整两个福射本体的距离(即Oi与化的间距U)和角 度(两个福射本体相互垂直),使它们相位差90度、距离U为80mmD90度的相位差使天线单元 间实现极化隔离,隔离度低于一25dB,反射系数低于一IOdB,低相关系数,高信道容量兼具 小型化的MIMO天线。
[0090] 实施例1
[0091] 为了验证如图1、图1C、图ID所示设计的至少存在有两个福射本体按着正交分布布 局的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线,天线具体尺寸设定为:
[0092] 第一横向介质板1的长E = 160mm,第一横向介质板1的宽D = IOOmm;
[0093] 福射中屯、点的间距U = 80mm;
[0094] 第一横向介质板1与第一反射板3之间的间距为20mm;
[00M] 背条的长半径R长=32mm,背条的短半径R盧=15.2mm,背条的覆铜宽度Ra = Smm,两 个背条的间距化=13mm;
[0096] 振子构形中半圆的半径R = 14mm,振子构形中梯形的上底宽W = 1.9mm,半径振子构 形中梯形的高L = 7.6mm,两个振子的间距g = 0.8mm。
[0097] 依据实施例1设计的尺寸构型得到天线,天线的一端口记为P1,天线的另一端口记 为P2,通过仿真测得驻波系数性能如图5A所示,该天线在2G化~6G化的频率范围内,阻抗匹 配效果更好,其驻波系数更低小于1.8,运主要得益于实施例1天线结构的设计W及剖面高 度的选择。
[0098] 对实施例1构型天线通过仿真测得增益性能如图5B所示,该天线在5G化处增益达 到lO.5dB,在频段2G化~6GHz范围内,增益大于8.5地。说明实施例1天线能够产生更高的福 射增益,使得能够工作于S波段和L波段,并且该天线的倍频频带宽度可达2。
[0099] 对实施例1构型天线通过仿真测得福射方向性能如图5C、图加所示,该天线在2GHz ~6G化频率范围内,有很好的定性福射特性。该天线在H面的方向性的全向性更好。该天线 在E面和H面方向性良好,未出现裂瓣,增益稳定。
[0100] 实施例1构型天线能够覆盖2G到6G的频段,覆盖了 WLAN全波段,适用范围广泛避免 了由于无线制式服务多而带来的天线重复覆盖的问题。如图5E所示两个福射天线单元间, 相差90度距离为80mm,使天线单元间实现极化隔离,隔离度低于-25dB,反射系数低于- 10地,低相关系数。MIMO天线的设计同时满足了现代无线通信大数据量的要求。
[0101] 在本发明中,通过实施例1的天线构型的方式,能够毫无疑问的得到2的倍数正交 分布福射本体的天线结构。如四个、六个、八个等福射本体为正交分布的天线结构。
[0102] 圆周室内分布式天线结构
[0103] 参见图6、图6C、图6D、图6E、图6G、图6H所示,本发明设计了另一种按着圆周分布布 局福射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线(即至少存在有S个福射本体),其 包括有第二横向介质板10、84己伦6、88己伦7、8(:己伦8、第二反射板30、第二支撑组件50、^ 及采用覆铜技术制作的背条(CA背条1OA、CB背条1OB、CC背条1OC、CD背条1OD、CE背条1OE和 CF背条1OF的结构相同)和振子(CA振子1OG、CB振子1OH、CC振子101、CD振子1OJ、CE振子1OK 和CF振子IOL的结构相同)。其中,BA己伦6、BB己伦7和BC己伦8的结构相同,选用目前的常用 己伦设备即可实现,但是,在己伦的介质板上制作的微带线是有改进的。BA己伦6、BB己伦7 和BC己伦8设置在第二横向介质板10与第二反射板30之间。第二支撑组件50设置在第二横 向介质板10与第二反射板30之间的四角,用于支撑起第二横向介质板10。
[0104] 参见图6F所示,S个福射本体是指由CA背条10A、CB背条10B、CA振子10G、CB振子 IOH和BA己伦6构成的BA福射本体300、由CC背条10C、CD背条10D、CC振子10I、CD振子IOJ和BB 己伦7构成的BB福射本体400和由CE背条10E、CF背条10F、CE振子10K、CF振子IOL和BC己伦8 构成的BC福射本体500。
[0105] 本发明设计的按着圆周布局福射本体的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线 为电磁禪合产生电容,无需在背条(CA背条IOA、CB背条IOB、CC背条IOC、CD背条IOD、CE背条 IOE和CF背条10F)上打孔。在背条与振子的结构配合下拓宽了频带,能够覆盖L波段和S波 段。
[0106] 第二横向介质板10
[0107] 参见图6、图6A~图6C、图6E、图細、图7所示,第二横向介质板10的上面板10-1上设 有CA环形凹槽101A、CB环形凹槽101B、CC环形凹槽101C、CD环形凹槽101D、CE环形凹槽10化 和CF环形凹槽101F;第二横向介质板10的下面板10-2上设有CA蝶形凹槽102AXB蝶形凹槽 102B、CC蝶形凹槽102C、CD蝶形凹槽102D、CE蝶形凹槽10沈和CF蝶形凹槽102F。在本发明中, 第二横向介质板10的上下面板上设计的凹槽构形是与背条、振子的构形相匹配的,运有利 于通过覆铜技术来制作背条与振子。
[0108] CA环形凹槽IOlA用于制作CA背条10A。即在CA环形凹槽IOlA内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CA环形凹槽IOlA构形相同的CA背条10A。
[0109] CB环形凹槽IOlB用于制作CB背条10B。即在CB环形凹槽IOlB内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CB环形凹槽IOlB构形相同的CB背条10B。
[0110] CC环形凹槽IOlC用于制作CC背条10C。即在CC环形凹槽IOlC内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CC环形凹槽IOlC构形相同的CC背条10C。
[0111] CD环形凹槽IOlD用于制作CD背条10D。即在CD环形凹槽IOlD内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CD环形凹槽IOlD构形相同的CD背条10D。
[0112] CE环形凹槽10化用于制作CE背条10E。即在CE环形凹槽10化内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CE环形凹槽10化构形相同的CE背条10E。
[0113] CF环形凹槽IOlF用于制作CF背条10F。即在CF环形凹槽IOlF内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CF环形凹槽IOlF构形相同的CF背条10F。
[0114] CA蝶形凹槽102A用于制作CA振子10G。即在CA蝶形凹槽102A内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CA蝶形凹槽102A构形相同的CA振子10G。
[0115] CB蝶形凹槽102B用于制作CB振子10H。即在CB蝶形凹槽102B内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CB蝶形凹槽102B构形相同的CB振子10H。
[0116] CC蝶形凹槽102C用于制作CC振子101。即在CC蝶形凹槽102C内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CC蝶形凹槽102C构形相同的C讶辰子101。
[0117] CD蝶形凹槽102D用于制作CD振子10J。即在CD蝶形凹槽102D内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CD蝶形凹槽102D构形相同的CD振子10J。
[0118] CE蝶形凹槽102E用于制作CE振子10K。即在CE蝶形凹槽102E内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CE蝶形凹槽102E构形相同的CD振子10K。
[0119] CF蝶形凹槽102F用于制作CF振子10L。即在CF蝶形凹槽102F内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CF蝶形凹槽102F构形相同的CF振子10L。
[0120] 在本发明中,第二横向介质板10采用介电常数为2.65的聚四氣乙締玻璃纤维布制 作。
[0121] 在本发明中,参见图6C、图6E所示,第二横向介质板10的长记为E,宽记为D,且D = (0.6~1化。为了满足室内WLAN MIMO系统设计的最小空间取得较好的分集增益和复用增 益,对第一横向介质板1的尺寸需要作限定。
[0122] 背条与振子
[0123] 参见图6、图6C~图6H所示,CA背条1OA、CB背条1OB、CC背条1OC、CD背条1OD、CE背条 IOE和CF背条IOF的结构相同。CA振子10G、CB振子10H、CC振子101、〔0振子101、〔6振子101(和 CF振子IOL的结构相同。在本发明中,CA背条IOA与CB背条IOB共楠圆,CA振子IOG与CB振子 1OH共圆,使得CA背条1OA、CB背条1OB、CA振子1OG和CB振子1OH共形的福射中屯、点记为〇3 (如 图6G所示)。同理,CC背条IOC与CD背条IOD共楠圆,(X振子101与CD振子IOJ共圆,使得CC背条 10C、CD背条10D、CC振子101和CD振子IOJ共形的福射中屯、点记为〇4(如图6G所示KCE背条 IOE与CF背条IOF共楠圆,CE振子IOK与CF振子IOL共圆,使得CE背条IOE、CF背条IOF、CE振子 IOK和CF振子IOL共形的福射中屯、点记为〇5(如图6G所示)。由于S个福射本体共圆,故化与化 的间距、〇3与化的间距和化与化的间距是相等的,记为U,且U= (10~11化,L为振子构形中梯 形的局。
[0124] 参见图6G所示,CA背条IOA的覆铜宽度记为Ra, CA背条IOA的长半径记为化,CA背条 IOA的短半径记为R盧,CA背条IOA与CB背条IOB的间距记为化。R长=(4~4.5)L,R盧=(1.8~ 2.2)L,Ra=(l~l.l)LJb=(1.5~1.8)L。
[0125] 参见图6H所示,所述振子的构形为半圆形和梯形组成。CA振子IOG由CA半圆IOGl和 CA梯形10G2构成(如图細所示),所述CA半圆IOGl的半径记为R(所述R也是CA梯形10G2的下 底宽),CA梯形10G2的高记为L,CA梯形10G2的上底宽记为W; CA振子10G2与CB振子1OH的间距 记为 g。则有:L=(0.4~0.6)R,g=(0.1~0.12A,w=(0.2~0.3)L。
[0126] BA己伦6中的纵向介质C板6-3
[0127] 参见图6、图6A~图抓、图6F、图細、图8、图8A所示,CA己伦6的纵向介质C板6-3的A 面板6-1上设有CA锥形凹槽61(如图8所示);纵向介质C板6-3的B面板6-2上设有CB锥形凹槽 62(如图8A所示)XA锥形凹槽61与CB锥形凹槽62的结构不同。
[01%] CA锥形凹槽61用于制作CA梯形微带线6A。即在CA锥形凹槽61内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CA锥形凹槽61构形相同的CA梯形微带线6A(如图6H所示)。
[0129] CB锥形凹槽62用于制作CB梯形微带线6B。即在CB锥形凹槽62内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述CB锥形凹槽62构形相同的CB梯形微带线6B(如图6H所示)。
[0130] BB己伦7中的纵向介质D板7-3
[0131] 参见图6、图6A~图抓、图6F、图細、图9、图9A所示,BB己伦7的纵向介质D板7-3的A 面板7-1上设有DA锥形凹槽71(如图9所示);纵向介质D板7-3的B面板7-2上设有DB锥形凹槽 72(如图9A所示)"DA锥形凹槽71与DB锥形凹槽72的结构不同。
[0132] DA锥形凹槽71用于制作DA梯形微带线7A。即在DA锥形凹槽71内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述DA锥形凹槽71构形相同的DA梯形微带线7A(如图6H所示)。
[0133] DB锥形凹槽72用于制作DB梯形微带线7B。即在DB锥形凹槽72内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述DB锥形凹槽72构形相同的DB梯形微带线7B(如图細所示)。
[0134] BC己伦8中的纵向介质E板8-3
[0135] 参见图6、图6A~图抓、图6F、图細、图10、图IOA所示,BC己伦8的纵向介质E板8-3的 A面板8-1上设有EA锥形凹槽81 (如图10所示);纵向介质E板8-3的B面板8-2上设有邸锥形凹 槽82(如图IOA所示)"EA锥形凹槽81与邸锥形凹槽82的结构不同。
[0136] EA锥形凹槽81用于制作EA梯形微带线8A。即在EA锥形凹槽81内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述EA锥形凹槽81构形相同的EA梯形微带线8A(如图6H所示)。
[0137] 邸锥形凹槽82用于制作邸梯形微带线8B。即在邸锥形凹槽82内采用覆铜技术覆上 铜材料形成与所述邸锥形凹槽82构形相同的邸梯形微带线8B(如图細所示)。
[0138] 第二反射板30
[0139] 参见图6、图6A~图6E、图6H所示,第二反射板30上设有BA矩形孔30A、BB矩形孔30B 和BC矩形孔30C; BA矩形孔30A用于BA己伦6穿过,且BA己伦6固定在BA矩形孔30A处;BB矩形 孔30B用于BB己伦7穿过,且BB己伦7固定在BB矩形孔30B处;BC矩形孔30C用于BC己伦8穿过, 且BC己伦8固定在BC矩形孔30C处。
[0140] 第二支撑组件50
[0141] 参见图6、图6A~图6D、图6H所示,第二支撑组件50包括有四个两端带螺纹的支撑 柱和用于与第二横向介质板10和第二反射板30固定的螺母。第二横向介质板10的四个角上 设有上通孔,第二反射板30的四个角上设有下通孔,将支撑柱的一端穿过第二横向介质板 10的上通孔,支撑柱的另一端穿过第二反射板30的下通孔,然后在支撑柱的两端分别螺纹 连接上螺母,则实现了通过第二支撑组件50将第二横向介质板10与第二反射板30的固定安 装。第二支撑组件50选用铜材料制作。
[0142] 参见图6、图6C、图抓所示设计的至少存在有S个福射本体按着圆周分布布局的低 剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线,是通过在第二横向介质板10的上面板10-1和下面 板10-2上设置不同的背条和振子来实现2G监~6G监的频段覆盖,增益为8地~10地,方向图 性能好的小型化定向福射超宽带天线。通过调整两个福射本体的距离U(即化与化的间距、〇3 与化的间距和化与化的间距是相等的)和角度(S个福射本体圆周分布,即与中屯、点Oo呈60 度),使它们相位差90度、距离U为80mm"90度的相位差使天线单元间实现极化隔离,隔离度 低于一25地,反射系数低于一10地,低相关系数,高信道容量兼具小型化的MIMO天线。
[01创实施例2
[0144] 为了验证如图6、图6C所示设计的至少存在有S个福射本体按着圆周分布布局的 低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线,天线具体尺寸设定为:
[0145] 第二横向介质板10的长E = 160mm,第二横向介质板10的宽D = 160mm;
[0146] 福射中屯、点的间距U = SOmm;
[0147] 第二横向介质板10与第二反射板30之间的间距为20mm;
[0148] 背条的长半径R长=32mm,背条的短半径R盧=15.2mm,背条的覆铜宽度Ra = Smm,两 个背条的间距化=13mm;
[0149] 振子构形中半圆的半径R=14mm,振子构形中梯形的上底宽W=I.9mm,半径振子构 形中梯形的高L = 7.6mm,两个振子的间距g = 0.8mm。
[0150] 依据实施例2设计的尺寸构型得到天线,天线有3个端口,分别记为P1、P2和P3,通 过仿真测得驻波系数性能如图IlA所示,该天线在2G化~6G化的频率范围内,其驻波系数小 于1.8,运主要得益于天线形式的设计W及剖面高度的选择。
[0151] 对实施例2构型天线通过仿真测得增益性能如图IlB所示,该天线在5G化处增益达 到lO.5dB,在频段2G化~6GHz范围内,增益大于8.5地。运说明实施例2天线能够产生更高的 福射增益,使得能够工作于S波段和L波段,并且该天线的倍频频带宽度可达2。
[0152] 对实施例2构型天线通过仿真测得福射方向性能如图11C、图IlD所示,该天线在 2G化~6G化频率范围内,有很好的定性福射特性。该天线在H面的方向性的全向性更好。该 天线在E面和H面方向性良好,未出现裂瓣,增益稳定。
[0153] 实施例2构型天线能够覆盖2G到6G的频段,覆盖了 WLAN全波段,适用范围广泛避免 了由于无线制式服务多而带来的天线重复覆盖的问题。如图UE所示=个福射天线单元间, 相差120度的排列,使得MIMO天线几乎覆盖了360度,覆盖性良好。80mm的间距,使天线单元 间隔离度低于-25dB,反射系数低于-IOdB,低相关系数。MIMO天线的设计同时满足了现代无 线通信大数据量的要求。
[0154] 在本发明中,通过实施例2的天线构型的方式,能够毫无疑问的得到3的倍数圆周 分布福射本体的天线结构。如六个、九个、一十二个等福射本体为圆周分布的天线结构。
[0155] 本发明W拓宽天线频带宽度和信道容量的设计方法,获得了 W正交分布或圆周分 布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线。本发明低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式 天线能够实现现在无线通信数据量大和无线制式服务多的技术问题。通过在蝶形振子的背 面加载两个楠圆环,实现频带拓宽的同时保持小型化的特点,定向的福射使天线具有高增 益。将两个或=个福射本体进行适当角度和最小间距的排布,多输入多输出的技术手段,达 到高信道容量的技术效果。
【主权项】
1. 一种正交分布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线,天线上设有巴伦、横向介 质板、反射板和支撑组件;其特征在于:天线还设有采用覆铜技术制作的背条和振子; 所述背条是指结构相同的AA背条(11)、AB背条(12)、BA背条(13)和BB背条(14);AA背条 (11)与AB背条(12)共椭圆;BA背条(13)与BB背条(14)共椭圆; 所述振子是指结构相同的AA振子(15)、AB振子(16)、BA振子(17)和BB振子(18);,AA振 子(15)与AB振子(16)共圆;BA振子(17)与BB振子(18)共圆;所述振子构形为半圆和梯形组 成; 所述巴伦是指结构相同的AA巴伦(2)与AB巴伦(4); 由AA背条(11)、AB背条(12)、AA振子(15)、AB振子(16)和AA巴伦(2)构成的AAfg射本体 (100);由BA背条(13)、BB背条(14)、BA振子(17)、BB振子(18)和AB巴伦(4)构成AB的辐射本 体(200); AA巴伦(2)与AB巴伦(4)设置在第一横向介质板(1)与第一反射板(3)之间;第一支撑组 件(5)设置在第一横向介质板(1)与第一反射板(3)之间的四角,用于支撑起第一横向介质 板⑴; 第一横向介质板(1)的上面板(1-1)上设有AA环形凹槽(1A)、AB环形凹槽(1B)、BA环形 凹槽(1C)和BB环形凹槽(1D);横向介质板(1)的下面板(1-2)上设有AA蝶形凹槽(1E)、AB蝶 形凹槽(1F)、BA蝶形凹槽(1G)和BB蝶形凹槽(1H); 在AA环形凹槽(1A)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AA环形凹槽(1A)构形相同 的AA背条(11);在AB环形凹槽(1B)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述AB环形凹槽(1B) 构形相同的AB背条(12);在BA环形凹槽(1C)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述BA环形 凹槽1C构形相同的BA背条(13);在BB环形凹槽(1D)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述 BB环形凹槽1D构形相同的BB背条(14);在AA蝶形凹槽(1E)内采用覆铜技术覆上铜材料形成 与所述AA蝶形凹槽1E构形相同的AA振子(15);在AB蝶形凹槽(1F)内采用覆铜技术覆上铜材 料形成与所述AB蝶形凹槽1F构形相同的AB振子(16);在BA蝶形凹槽(1G)内采用覆铜技术覆 上铜材料形成与所述BA蝶形凹槽1G构形相同的BA振子(17);在BB蝶形凹槽(1H)内采用覆铜 技术覆上铜材料形成与所述BB蝶形凹槽1H构形相同的BB振子(18); AA巴伦(2)的纵向介质A板(2-3)的A面板(2-1)上设有AA锥形凹槽(2A);纵向介质A板 (2-3)的B面板(2-2)上设有AB锥形凹槽(2B);在AA锥形凹槽(2A)内采用覆铜技术覆上铜材 料形成与所述AA锥形凹槽(2A)构形相同的AA梯形微带线(21);在AB锥形凹槽(2B)内采用覆 铜技术覆上铜材料形成与所述AB锥形凹槽(2B)构形相同的AB梯形微带线(22); AB巴伦(4)的纵向介质B板(4-3)的A面板(4-1)上设有Μ锥形凹槽(4A);纵向介质B板 (4-3)的Β面板(4-2)上设有ΒΒ锥形凹槽(4B);在Μ锥形凹槽(4Α)内采用覆铜技术覆上铜材 料形成与所述ΒΑ锥形凹槽(4Α)构形相同的ΒΑ梯形微带线(41);在ΒΒ锥形凹槽(4Β)内采用覆 铜技术覆上铜材料形成与所述ΒΒ锥形凹槽(4Β)构形相同的ΒΒ梯形微带线(42); 第一反射板(3)上设有Α矩形孔(3Α)和Β矩形孔(3Β);Α矩形孔(3Α)用于ΑΑ巴伦(2)穿过, 且ΑΑ巴伦(2)固定在Α矩形孔(3Α)处;Β矩形孔(3Β)用于ΑΒ巴伦(4)穿过,且ΑΒ巴伦(4)固定在 B矩形孔(3B)处; 第一支撑组件(5)包括有四个两端带螺纹的支撑柱和用于与第一横向介质板(1)和第 一反射板(3)固定的螺母。2. -种圆周分布的低剖面全波段WLAN-MIMO室内分布式天线,天线上设有巴伦、横向介 质板、反射板和支撑组件;其特征在于:天线还设有采用覆铜技术制作的背条和振子; 所述背条是指结构相同的CA背条(10A)、CB背条(1 OB)、CC背条(10C)、CD背条(10D)、CE 背条(10E)和CF背条(1(^);04背条(1(^)与08背条(108)共椭圆;(:(:背条(10〇与0)背条 (10D)共椭圆;CE背条(10E)与CF背条(1 OF)共椭圆; 所述振子是指结构相同的CA振子(10G)、CB振子(10H)、CC振子(101)、CD振子(10J)、CE 振子(10K)和CF振子(10L); CA振子(10G)与CB振子(10H)共圆;CC振子(101)与CD振子(10 J) 共圆;CE振子(10K)与CF振子(10L)共圆;所述振子构形为半圆和梯形组成; 所述巴伦是指结构相同的BA巴伦(6)、BB巴伦(7)和BC巴伦(8); 由CA背条(10A)、CB背条(1 OB)、CA振子(10G)、CB振子(10H)和Μ巴伦(6)构成的Μ辐射 本体(300);由CC背条(10C)、CD背条(10D)、CC振子(101)、00振子(1(^)和88巴伦(7)构成的 BB辐射本体(400);由CE背条(10E)、CF背条(10F)、CE振子(10K)、CF振子(10L)和BC巴伦(8) 构成的BC辐射本体(500); BA巴伦(6)、BB巴伦(7)和BC巴伦(8)设置在第二横向介质板(10)与第二反射板(30)之 间;第二支撑组件(50)设置在第二横向介质板(10)与第二反射板(30)之间的四角,用于支 撑起第二横向介质板(10); 第二横向介质板(10)的上面板(10-1)上设有CA环形凹槽(101A)、CB环形凹槽(101B)、 CC环形凹槽(101C)、CD环形凹槽(101D)、CE环形凹槽(101E)和CF环形凹槽(101F);第二横向 介质板(10)的下面板(10-2)上设有CA蝶形凹槽(102A)、CB蝶形凹槽(102B)、CC蝶形凹槽 (102C)、CD蝶形凹槽(102D)、CE蝶形凹槽(102E)和CF蝶形凹槽(102F);在CA环形凹槽(101A) 内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CA环形凹槽(101A)构形相同的CA背条(10A);在CB 环形凹槽(101B)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CB环形凹槽(101B)构形相同的CB 背条(10B);在CC环形凹槽(101C)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CC环形凹槽 (101C)构形相同的CC背条(10C);在CD环形凹槽(101D)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与 所述CD环形凹槽(101D)构形相同的CD背条(10D);在CE环形凹槽(101E)内采用覆铜技术覆 上铜材料形成与所述CE环形凹槽(101E)构形相同的CE背条(10E);在CF环形凹槽(101F)内 采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CF环形凹槽(101F)构形相同的CF背条(10F);在CA蝶 形凹槽(102A)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CA蝶形凹槽(102A)构形相同的CA振 子(10G);在CB蝶形凹槽(102B)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CB蝶形凹槽(102B) 构形相同的CB振子(10H);在CC蝶形凹槽(102C)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CC 蝶形凹槽(102C)构形相同的CC振子(101);在CD蝶形凹槽(102D)内采用覆铜技术覆上铜材 料形成与所述CD蝶形凹槽(102D)构形相同的CD振子(10J);在CE蝶形凹槽(102E)内采用覆 铜技术覆上铜材料形成与所述CE蝶形凹槽(102E)构形相同的CD振子(10K);在CF蝶形凹槽 (102F)内采用覆铜技术覆上铜材料形成与所述CF蝶形凹槽(102F)构形相同的CF振子 (10L); CA巴伦(6)的纵向介质C板(6-3)的A面板(6-1)上设有CA锥形凹槽(61);纵向介质C板 (6-3)的B面板(6-2)上设有CB锥形凹槽(62);在CA锥形凹槽(61)内采用覆铜技术覆上铜材 料形成与所述CA锥形凹槽(61)构形相同的CA梯形微带线(6A);在CB锥形凹槽(62)内采用覆 铜技术覆上铜材料形成与所述CB锥形凹槽(62)构形相同的CB梯形微带线(6B); BB巴伦(7)的纵向介质D板(7-3)的A面板(7-1)上设有DA锥形凹槽(71);纵向介质D板 (7-3)的B面板(7-2)上设有DB锥形凹槽(72);在DA锥形凹槽(71)内采用覆铜技术覆上铜材 料形成与所述DA锥形凹槽(71)构形相同的DA梯形微带线(7A);在DB锥形凹槽(72)内采用覆 铜技术覆上铜材料形成与所述DB锥形凹槽(72)构形相同的DB梯形微带线(7B); BC巴伦(8)的纵向介质E板(8-3)的A面板(8-1)上设有EA锥形凹槽(81);纵向介质E板 (8-3)的B面板(8-2)上设有EB锥形凹槽(82);在EA锥形凹槽(81)内采用覆铜技术覆上铜材 料形成与所述EA锥形凹槽(81)构形相同的EA梯形微带线(8A);在EB锥形凹槽(82)内采用覆 铜技术覆上铜材料形成与所述EB锥形凹槽(82)构形相同的EB梯形微带线(8B); 第二反射板(30)上设有BA矩形孔(30A)、BB矩形孔(30B)和BC矩形孔(30C);BA矩形孔 (30A)用于BA巴伦(6)穿过,且BA巴伦(6)固定在BA矩形孔(30A)处;BB矩形孔(30B)用于BB巴 伦(7)穿过,且BB巴伦(7)固定在BB矩形孔(30B)处;BC矩形孔(30C)用于BC巴伦(8)穿过,且 BC巴伦(8)固定在BC矩形孔(30C)处; 第二支撑组件(50)包括有四个两端带螺纹的支撑柱和用于与第二横向介质板(10)和 第二反射板(30)固定的螺母。3. 根据权利要求1或2所述的一种低剖面全波段WLAN-MMO室内分布式天线,其特征在 于天线结构尺寸满足: R长=(4~4.5)L,R短=(1.8~2.2)L,Ra=(l ~l.l)L,Rb=(1.5~1.8)L,L=(0.4~0.6) R,g=(0.1~0.12)L,w=(0.2~0.3)L,D=(0.6~l)E,U=(10~ll)L; E表不第一横向介质板(1)的长; D表不第一横向介质板(1)的宽; U表示两个辐射中心点之间的间距; R 长表示背条的长半径; R 短表示背条的短半径; Ra表不背条的覆铜宽度; Rb表示两背条之间的间距; L表不振子中梯形的尚; R表不振子中半圆的半径; w表示振子中梯形的上底宽; g表示两振子之间的间距。4. 根据权利要求1或2所述的一种低剖面全波段WLAN-MMO室内分布式天线,其特征在 于:天线为电磁耦合产生电容,无需在背条上打孔。5. 根据权利要求1或2所述的一种低剖面全波段WLAN-MMO室内分布式天线,其特征在 于:天线隔离度低于一 25dB,反射系数低于一 10dB。6. 根据权利要求1或2所述的一种低剖面全波段WLAN-MM0室内分布式天线,其特征在 于:第一横向介质板(1)和第二横向介质板(10)采用介电常数为2.65的聚四氟乙烯玻璃纤 维布制作。7. 根据权利要求1所述的一种低剖面全波段WLAN-MM0室内分布式天线,其特征在于: 天线中的辐射本体按着2的倍数正交分布,能够得到如四个、六个、八个等辐射本体为正交 分布的天线结构。8.根据权利要求2所述的一种低剖面全波段WLAN-MMO室内分布式天线,其特征在于: 天线中的辐射本体按着3的倍数圆周分布,能够得到如六个、九个、一十二个等辐射本体为 圆周分布的天线结构。
【文档编号】H01Q15/14GK106099335SQ201610685599
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月18日 公开号201610685599.6, CN 106099335 A, CN 106099335A, CN 201610685599, CN-A-106099335, CN106099335 A, CN106099335A, CN201610685599, CN201610685599.6
【发明人】吴琦, 郭双, 苏东林
【申请人】北京航空航天大学
再多了解一些
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1