天线单元、多天线组件及无线互连设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种天线单元，包括介质基板和附着在所述介质基板上的天线导体，所述天线单元的最大增益方向与所述介质基板板面延伸方向一致。本发明还涉及具有该天线单元的多天线组件以及具有该天线单元或多天线组件的无线互连设备。本发明的天线单元具有良好的方向性，且具有频带宽、增益高、易调试的优点，使得多天线组件和无线互连设备都具有很好的性能。
【专利说明】天线单元、多天线组件及无线互连设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通讯器件领域，更具体地说，涉及一种天线单元、多天线组件及无线互连设备。
【背景技术】
[0002]传统的分布式天线系统可以克服大尺度衰落和阴影衰落造成的信道路径损耗，能够在小区内形成良好的系统覆盖，解决小区内的通信死角，提高通信服务质量。随着无线移动互联网的高速发展，新的网络协议，如IEEE802.lla/g/b/n/ac等对无线移动互联网设备和系统提出了更高的要求，同时也对天线设计提出更高的技术参数要求。因此需要提供用于无线电子设备的改进的天线、天线系统及及其应用，例如，其应用包括无线接入设备、MIMO通讯设备及无线路由设备等应用。
【发明内容】
[0003]针对上述技术问题，本发明提供一种天线单元、多天线组件及无线互连设备。
[0004]一种天线单元，包括介质基板和附着在所述介质基板上的天线导体，所述天线单元的最大增益方向与所述介质基板板面延伸方向一致。
[0005]进一步地，所述介质基板由介电常数小于10、损耗角正切值小于0.04的材料制成。
[0006]进一步地，所述介质基板由介电常数小于6.5、损耗角正切值小于0.009的材料制成。
[0007]进一步地，所述介质基板由一种或两种或两种以上材料制成。
[0008]进一步地，所述介质基板由环氧树脂或聚四氟乙烯制成。
[0009]进一步地，所述介质基板由玻纤布以及环氧树脂交联反应化合物制成。
[0010]进一步地,所述介质基板由超材料板制成，所述超材料板包括基板和附着在基板上的微结构。
[0011]进一步地，所述微结构的尺寸小于所述天线单元的工作频率所对应的电磁波波长的二分之一。
[0012]进一步地，所述微结构的尺寸小于所述天线单元的工作频率所对应的电磁波波长的四分之一。
[0013]进一步地，所述微结构的尺寸小于所述天线单元的工作频率所对应的电磁波波长的六分之一。
[0014]进一步地，所述天线导体包括用来与馈线连接的主振子、用来增强无线电波的引向器，所述主振子和引向器均为附着在所述介质基板上的导体线。
[0015]进一步地，所述引向器为沿电磁波传播方向设置的由导体材料组成的散射结构。
[0016]进一步地，所述主振子为直线或曲线。
[0017]进一步地，所述主振子的导体线的线宽处处相等或不完全相等。[0018]进一步地，所述主振子为开口曲线环或开口折线环，所述主振子的开口的两端端部分别为馈电点和接地点。
[0019]进一步地，所述主振子为在任一角开口的菱形环、圆形环、矩形环或三角形环或多边形环。
[0020]进一步地，所述介质基板包括两表面，至少一所述引向器设置在与所述主振子所在表面不同的另一表面。
[0021]进一步地，所述天线导体包括设置在所述介质基板其中一表面上的第一天线导体和设置在另一表面上的第二天线导体。
[0022]进一步地，所述天线单元包括多层介质基板，天线导体设置在其中一层或多层介质基板上。
[0023]本发明还涉及一种多天线组件，包括介质反射面和安装在所述介质表面上的至少一个天线组，不同天线组所使用的无线电波频率不相同，每个天线组包括至少一个上述的天线单元。
[0024]进一步地，所述介质反射面为具有几何图案的导电微结构。
[0025]进一步地，所述导电微结构的尺寸小于所述天线组所使用的无线电波频率所对应的波长的二分之一。
[0026]进一步地，所述导电微结构的尺寸小于所述天线组所使用的无线电波频率所对应的波长的四分之一。
[0027]进一步地，所述导电微结构的尺寸小于所述天线组所使用的无线电波频率所对应的波长的六分之一。
[0028]进一步地，所述多天线组件包括两个天线组，分别为第一天线组和第二天线组，且二者的天线单元的主振子尺寸不同。
[0029]进一步地，所述第一天线组和第二天线组包括相同数目的天线单元，所述第一天线组的所述天线单元被所述第二天线组的所述天线单元间隔地设置。
[0030]进一步地，所述第一天线组和所述第二天线组分别包括各自相同的天线单元，且各自的所述天线单元呈角度阵列的均布在所述介质基板上。
[0031]进一步地，每个所述天线单元外部设置有一反射器。
[0032]进一步地，所述反射器呈一端小一端大的开口结构，且所述开口朝向所述天线单元的最大增益方向。
[0033]本发明还涉及一种无线互连设备，包括上述的多天线组件，与所述天线单元对应的馈线以及容置所述天线单元或所述多天线组件的壳体。
[0034]相对于现有技术，本发明的有益效果在于:由于最大增益方向与介质基板板面延伸方向一致，具有很好的方向性和远距离传输性能，采用该多天线组件的无线互连设备也能获得很好的数据传输性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明:
[0036]图1为本发明的天线单元第一实施例的结构示意图；
[0037]图2为具有图1所示天线单元的多天线组件一实施例的结构示意图；[0038]图3为具有图1所示天线单元的多天线组件另一实施例的结构示意图；
[0039]图4为上述多天线组件在频率为2.45GHz时的方向图；
[0040]图5为上述多天线组件在频率为5.72GHz时的方向图；
[0041]图6为本发明的另一多天线组件的结构示意图；
[0042]图7为图6所示多天线组件中的天线单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0043]现在详细参考附图中描述的实施例。为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在其他实施方式中，不详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以免不必要地使实施例模糊。
[0044]本发明涉及一种天线单元，包括介质基板和附着在介质基板上的天线导体，天线单元的最大增益方向与所述介质基板板面延伸方向一致，也即该天线单元为端射天线。端射天线有多种，本文中将对几种端射天线进行描述。
[0045]上述介质基板由介电常数小于10、损耗角正切值小于0.02的材料制成，优选介电常数小于6.5、损耗角正切值小于0.009的材料。这种材料可以是一种纯材料构成，也可以是两种或两种以上材料构成的复合材料。例如，介质基板为环氧树脂板、聚四氟乙烯板、铁氟龙板、无卤素板、罗杰斯高频板或陶瓷板。介质基板也可以由纤维布以及环氧树脂交联反应化合物构成的复合材料制成。另外，介质基板由超材料板制成，所述超材料板包括基板和附着在基板上的微结构。通常，微结构的尺寸小于所述天线单元的工作频率所对应的电磁波波长的二分之一，优选小于四分之一，最佳为小于六分之一。
[0046]如图1所示，本发明的天线单元4包括介质基板40和附着在介质基板40上的天线导体，天线导体包括主振子和引向器。介质基板40采用FR4、F4b材料制成，或者其他现有天线所采用的基板材料。
[0047]主振子用来与馈线连接，包括两条导体线，分别为第一导体线48和第二导体线49，其中第一导体线48与同轴线馈线的外导体电连接，第二导体线49与同轴线馈线的芯线电连接。显然，第一导体线48、第二导体线49的位置可互换。如图1所示，第一导体线48和第二导体线49在同一条直线上，二者之间隔有一定间距。
[0048]引向器可以只有一个，也可有多个，均为附着在介质基板40表面上的导体线。当引向器有多个时，每个构成引向器的导体线相互平行，且均位于主振子的同一侧，用来增强所处的主振子一侧的电磁波强度，具体结构如图1所示。图1中的第三导体线45、第四导体线46、第五导体线47分别构成三个引向器，三个引向器相互平行地排布，并与构成主振子的第一导体线48、第二导体线49平行当然，引向器之间可不平行，也不必与主振子平行。三个引向器的长度可以相同，也可以不同，为了电磁波引向效果更好，优选长度相等。另外，弓I向器的数量可以为三个，也可以为两个甚至一个，或者多于三个。主振子所在的直线与上述任一条导体线平行且总长度大于上述任一条导体线，优选主振子的中心与上述第一、第二、第三导体线的三个中心点在同一直线上。
[0049]上述第一至第五导体线均采用导电材料制成，优选金属线，例如铜、铝等。
[0050]引向器为沿电磁波传播方向设置的由导体材料组成的散射结构，其结构不限于上述平行导线的形状，还可以为曲线或线宽不完全相等的直线或曲线。同样，主振子可以为直线或曲线，且其导体线的线宽可以处处相等，也可不完全相等。主振子还可以是开口曲线环或开口折线环，例如为在任一角开口的菱形环、圆形环、矩形环或三角形环或多边形环。还可以是，介质基板包括两表面，至少一所述引向器设置在与所述主振子所在表面不同的另
一表面。
[0051]本发明还保护一种多天线组件，如图2所示，包括介质反射面I和装在介质反射面I上的上述天线单元4。当天线单元4有多个，且这些天线单元4的工作频率在同一频率或同一频段时，它们构成一个天线组。
[0052]介质反射面I用于反射任一天线单元4所使用的无线电波，使用的无线电波是指每个天线单元产生的电磁波或者每个天线单元接收的电磁波。在一些实施例中，反射介质面I可以采用铜或其它导电材料制成，且可以一个非平面的表面。可以理解地是，反射介质面I可以具有不连续的点，如加工成网状结构或者开设有孔等方式实现反射电波功能的介质表面，其中网状结构或者孔的尺寸大小小于所述多天线组件使用的无线电波波长的十分之一。介质反射面也可以为具有几何图案的导电微结构，导电微结构可以为任意形状，只要其为导电材料制成，即可对无线电波进行反射。导电微结构的尺寸小于所述天线组所使用的无线电波频率所对应的波长的二分之一，优选小于四分之一，最佳为小于六分之一。导电微结构可以按照一定规律排布，也可随机地排布在一底板上。
[0053]介质反射面I和每个天线单元4上的引向器分别位于该天线单元4的主振子两侦牝其中介质反射面I即为反射器，主振子的第一导体线48和第二导体线49构成有源振子，而第三、第四、第五导体线构成了三个引向器。而由于本发明的主振子、引向器都采用了导体线而非金属管的形式，因此体积大大减小，结构更加紧凑，而天线也延续八木天线的良好方向性。同时，多个天线单元4共用一个介质反射面I,也能大大节省空间,减小天线的体积。
[0054]当天线单元4有多个时，优选按照一定地规律来排布。图2所示的天线单元4有三个，且三个天线单元4完全相同。那么这三个天线单元4的工作频率也基本相同，构成一个天线组，用于收发该工作频率的无线电波。
[0055]图2中有三个相同的天线单元4，每个天线单元4的介质基板40垂直地安装在所质反射面I上，三个天线单元互成60度，且三个天线单元4的介质基板40沿各自表面方向延长后相交构成正三角形。
[0056]三个天线单元4还可以按照另一种方式来排布，即每个天线单元4的介质基板40同样垂直地安装在介质反射面I上，且三个天线单元4互成120度、以同一直线为任意两个介质基板表面的延长相交线，且三个天线单元4到该延长相交线的距离均相等。
[0057]当然，本发明的天线组件不必然只有三个天线单元，可以只有一个、两个或者多于三个。天线单元也不必然按照上述等分角度的方式来排布，也可按照阵列或随机方式来排布。
[0058]当介质反射面I上的天线单元4有多个(本文的多个，都是指两个及两个以上)，且多个天线单元4的工作频率不完全相同、或者说天线单元4不完全相同使得各自的工作频率不同时，将按照不同的工作频率来划分成不同的天线组。介质反射面I上具有至少一个天线组而构成的整体，称作多天线组件。[0059]如图3所示，本实施例中的多天线组件具有两个天线组，每个天线组包括三个相同的天线单元，下文中将尺寸大的天线单元称为第一天线单元2，三个相同的第一天线单元2构成的天线组称之为第一天线组。尺寸小的天线单元称之为第二天线单元3，三个相同的第二天线单元3构成的天线组称之为第二天线组。由于第一天线单元2的尺寸大于第二天线单元3，因此，第一天线单元2与介质反射面I构成的天线的工作频率要低于第二天线单元与介质反射面I构成的天线。因此，本实施例的多天线组件属于双频天线。当然，这里影响工作频率的主要因素是主振子的尺寸，因此，即使第一天线单元2和第二天线单元3的介质基板的尺寸都相同，只要第一天线单元2的主振子尺寸大于第二天线单元3的主振子，那么前者的工作频率通常都会低于后者。
[0060]每个天线单元的介质基板都垂直于介质反射面1，且其安装使得该天线单元的引向器和所述介质反射面I位于该天线单元主振子的两侧。
[0061]如图3所示，三个第一天线单元2互成120度，并以同一直线为三个介质基板表面的延长相交线，且三个第一天线单元2到所述延长相交线的距离均相等。也可以理解为，三个第一天线单元2以同一点为旋转中心，任一第一天线单元2以该旋转中心旋转120度后
与另一第一天线单元2重合。
[0062]三个第二天线单元3按图2所示的方式排布，即两两互成60度、且三个第二天线单元3的介质基板 沿表面方向延长后相交构成正三角形。每两个第一天线单元2之间设置有一个第二天线单元3，且该两个第一天线单元2对称地位于此第二天线单元3两侧，使得三个第一天线单元2依次位于三个第二天线单元3的三个相邻间隔中。当然，每个天线组不必然只有三个天线单元，可以只有一个、两个或者多于三个。天线单元也不必然按照上述等分角度的方式来排布，也可按照阵列或随机方式来排布。
[0063]为了验证本发明的天线组件及多天线组件的效果，例举一具体实施例，其中第一天线单兀2的介质基板20长95mm,宽50mm,第一导体线28、第二导体线29均长20mm,宽
1.5mmο第一天线单元2、第二天线单元3的介质基板20长55mm,宽25mm,第一导体线38、第二导体线39均长9mm，宽1mm。介质反射面I为铜箔。用具有上述尺寸、且如图3所示排布的多天线组件进行仿真如图4、5所示。图4、图5表明，该多天线组件在2.4000^2.4800GHz和5.7250^5.8500GHz两个频段范围内，都具有非常良好的阻抗匹配。
[0064]综上所述，本发明的天线单元、天线组件、多天线组件具有良好的方向性，且工作频段为2.4GHz和5.8GHz两个频段，属于双频天线，且具有频带宽、增益高、易调试的优点。显然，当本发明的多天线组件具有三个或更多的天线组时，即可得到多频天线，也属于本发明的保护范围。
[0065]另外，需要说明的是，本实施例的天线组是直接安装在介质反射面上的，因此介质反射面相当于安装底板。显然，天线组可以先通过其他安装结构相对固定后再与介质反射面连接，甚至不连接。介质反射面只用来反射天线组的天线单元发出和接收的电磁波，并不必然起安装作用。因此，本发明的天线组件和多天线组件，只要介质反射面位于天线单元的一侧即可，即属于本发明的保护范围之内。
[0066]所述天线导体还可以是其他结构，天线导体可以包括设置在所述介质基板其中一表面上的第一天线导体和设置在另一表面上的第二天线导体。例如图6、图7所示的多天线组件及其天线单元中，每个天线单元包括介质基板34、附着在介质基板34 —侧表面上的第一天线导体32和附着在介质基板34另一侧表面上的第二天线导体35。两个天线导体均为近似的L形，且L形的朝向相反。每个天线单元的外部都围设有一反射器33，反射器33呈一端小一端大的开口结构，且所述开口朝向被围的天线单元的最大增益方向。
[0067]当然，本发明的天线单元还可以有其他结构，只要该天线单元的最大增益方向沿着介质基板板面方向延伸，即属于本发明保护范围之内。这里的天线单元的最大增益方向与介质基板板面延伸方向一致，包括该最大增益方向与介质基板板面成较小的一定角度的情况，例如当二者之间成小于45度的角，也为该最大增益方向与介质基板板面延伸方向一致。
[0068]当天线单元包括多层介质基板，天线导体可以设置在其中一层或多层介质基板上。
[0069]本发明还涉及一种无线互连设备，包括具有内部空腔的壳体、容置于该空腔中的上述天线单元或上述多天线组件，还包括与天线单元或多天线组件的天线单元对应连接的馈线。该无线互连设备可以是wifi吸顶天线、无线路由器、电视机顶盒等各种无线设备。
[0070]本发明的天线单元及其多天线组件，由于最大增益方向与介质基板板面延伸方向一致，具有很好的方向性和远距离传输性能，采用该多天线组件的无线互连设备也能获得很好的数据传输性能。
[0071]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种天线单元，其特征在于，包括介质基板和附着在所述介质基板上的天线导体，所述天线单元的最大增益方向与所述介质基板板面延伸方向一致。
2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述介质基板由介电常数小于10、损耗角正切值小于0.04的材料制成。
3.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述介质基板由介电常数小于6.5、损耗角正切值小于0.009的材料制成。
4.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述介质基板由一种或两种或两种以上材料制成。
5.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述介质基板为环氧树脂板、聚四氟乙烯板、铁氟龙板、无卤素板、罗杰斯高频板或陶瓷板。
6.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述介质基板由超材料板制成，所述超材料板包括基板和附着在基板上的微结构。
7.根据权利要求6所述的天线单元，其特征在于，所述微结构的尺寸小于所述天线单元的工作频率所对应的电磁波波长的二分之一。
8.根据权利要求7所述的天线单元，其特征在于，所述微结构的尺寸小于所述天线单元的工作频率所对应的电磁波波长的四分之一。
9.根据权利要求7所述的天线单元，其特征在于，所述微结构的尺寸小于所述天线单元的工作频率所对应的电磁波波长的六分之一。
10.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线导体包括用来与馈线连接的主振子、用来增强无线电波 的引向器，所述主振子和引向器均为附着在所述介质基板上的导体线。
11.根据权利要求10所述的天线单元，其特征在于，所述引向器为沿电磁波传播方向设置的由导体材料组成的散射结构。
12.根据权利要求10所述的天线单元，其特征在于，所述主振子为直线或曲线。
13.根据权利要求10所述的天线单元，其特征在于，所述主振子的导体线的线宽处处相等或不完全相等。
14.根据权利要求10所述的天线单元，其特征在于，所述主振子为开口曲线环或开口折线环。
15.根据权利要求14所述的天线单元，其特征在于，所述主振子为在任一角开口的菱形环、圆形环、矩形环或三角形环或多边形环。
16.根据权利要求11所述的天线单元，其特征在于，所述介质基板包括两表面，至少一所述引向器设置在与所述主振子所在表面不同的另一表面。
17.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线导体包括设置在所述介质基板其中一表面上的第一天线导体和设置在另一表面上的第二天线导体。
18.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元包括多层介质基板，天线导体设置在其中一层或多层介质基板上。
19.一种多天线组件，其特征在于，包括介质反射面和安装在所述介质表面上的至少一个天线组，不同天线组所使用的无线电波频率不相同，每个天线组包括至少一个利要求I至18所述的天线单元。
20.根据权利要求19所述的多天线组件，其特征在于，所述介质反射面为具有几何图案的导电微结构。
21.根据权利要求20所述的多天线组件，其特征在于，所述导电微结构的尺寸小于所述天线组所使用的无线电波频率所对应的波长的二分之一。
22.根据权利要求20所述的多天线组件，其特征在于，所述导电微结构的尺寸小于所述天线组所使用的无线电波频率所对应的波长的四分之一。
23.根据权利要求20所述的多天线组件，其特征在于，所述导电微结构的尺寸小于所述天线组所使用的无线电波频率所对应的波长的六分之一。
24.根据权利要求19所述的多天线组件，其特征在于，所述多天线组件包括两个天线组，分别为第一天线组和第二天线组，且两个天线组的天线单元的主振子尺寸不同。
25.根据权利要求19所述的多天线组件，其特征在于，所述第一天线组和第二天线组包括相同数目的天线单元，所述第一天线组的所述天线单元被所述第二天线组的所述天线单元间隔地设置。
26.根据权利要求19所述的多天线组件，其特征在于，所述第一天线组和所述第二天线组分别包括各自相同的天线单元，且各自的所述天线单元呈角度阵列的均布在所述介质基板上。
27.根据权利要求19所述的多天线组件，其特征在于，每个所述天线单元外部设置有一反射器。
28.根据权利要求27所述的多天线组件，其特征在于，所述反射器呈一端小一端大的开口结构，且所述开口朝向所 述天线单元的最大增益方向。
29.一种无线互连设备，其特征在于，包括:权利要求1至18任一项所述的天线单元或权利要求19至28任一项所述的多天线组件，与所述天线单元对应的馈线以及容置所述天线单元或所述多天线组件的壳体。
【文档编号】H01Q19/10GK103887599SQ201210554682
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月19日 优先权日:2012年12月19日
【发明者】刘若鹏, 邓存喜 申请人:深圳光启创新技术有限公司