阵列天线及具有该阵列天线的无线通信装置的制作方法

1.本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种阵列天线及具有该阵列天线的无线通信装置。


背景技术：

2.近年来，随着物联网及工业互联网的发展，作为物联网及工业互联网基础技术之一的定位技术越来越受到人们的关注。由于物联网及工业互联网的实际使用场景较为复杂，容易受到各种环境因素的干扰。因此，怎样设计一种定位精度更高的天线，越来越成为本领域技术人员的热门研究话题。


技术实现要素：

3.针对上述问题，有必要提供一种具有较高定位精度的阵列天线及具有该阵列天线的无线通信装置。
4.本发明第一方面提供一种阵列天线，包括：
5.介质基板；
6.辐射单元，包括第一辐射贴片及若干第二辐射贴片，所述第一辐射贴片及若干所述第二辐射贴片均设置于所述介质基板上，若干所述第二辐射贴片间隔设置，且以所述第一辐射贴片为圆心环设于所述第一辐射贴片的周围；
7.馈入部，包括第一馈入部及若干第二馈入部，所述第一馈入部电连接至所述第一辐射贴片，用以为所述第一辐射贴片馈入电信号，若干所述第二馈入部分别电连接至所述第二辐射贴片，用以为所述第二辐射贴片馈入电信号。
8.进一步地，所述第一辐射贴片为圆极化贴片。
9.进一步地，所述第一辐射贴片包括4条直边，4条所述直边依次首尾连接，且每一所述直边与相对的另一所述直边互相垂直，大致形成一正方形辐射贴片，在所述第一辐射贴片的其中一对角上，两所述直边通过一连接边连接。
10.进一步地，所述第二辐射贴片为线极化贴片。
11.进一步地，所述第二辐射贴片为一正方形片体。
12.进一步地，若干所述第二辐射贴片的数量为6个所述第二辐射贴片，每两相邻的所述第二辐射贴片的相位差为60
°
。
13.进一步地，每一所述第二辐射贴片电连接至两所述第二馈入部，且两所述第二馈入部互相正交。
14.进一步地，所述介质基板上围绕所述第一辐射贴片及第二辐射贴片分别开设有若干槽孔，每一所述槽孔呈环形，所述第一馈入部及所述第二馈入部置于所述槽孔内。
15.本发明另一方面还提供一种无线通信装置，所述无线通信装置包括如上所述的阵列天线。
16.进一步地，所述无线通信装置还包括数据处理单元及射频单元，所述数据处理单
元与所述射频单元电连接，所述阵列天线分别与所述数据处理单元及所述射频单元电连接，其中，所述数据处理单元用以处理待发射的数据，并输出第一模拟信号至所述射频单元，所述射频单元用以将所述第一模拟信号转化为待发射的第一射频信号，并通过所述馈入部将所述第一射频信号馈入至所述阵列天线并辐射出去；所述阵列天线还用以接收第二射频信号，并将接收到的所述第二射频信号传送至所述射频单元，所述射频单元将接收到的所述第二射频信号转化成第二模拟信号，并发送至所述数据处理单元，所述数据处理单元进而处理所述第二模拟信号，以测算得到位置坐标，进而实现实时定位。
17.本发明一方面通过将所述阵列天线的若干第二辐射贴片呈圆形均匀分布，且每一所述第二辐射贴片上设置互相正交的两第二馈入部，进而实现在水平方向的圆周上，每一所述第二辐射贴片可同时收发一组互相正交的信号，从而无需设置更多所述第二辐射贴片，即可获得更多定位数据，进而提高所述阵列天线的定位精度。本发明还通过将阵列天线的第一辐射贴片设计为圆极化贴片，从而利用圆极化贴片在雨、雪天气中的衰减小，穿透电离层能力强，不受地球两极磁场产生的法拉第效应影响等特点，改善所述阵列天线的辐射特性，增强所述阵列天线的带宽及性能，以提高所述阵列天线的辐射增益。
附图说明
18.图1为本发明一实施例的天线结构的平面示意图。
19.图2为图1所示天线结构中第一辐射贴片及第一馈入部的示意图。
20.图3为图1所示天线结构中第一馈入部的示意图。
21.图4为图1所示天线结构中第二辐射贴片及第二馈入部的示意图。
22.图5为本发明一实施例中无线通信装置的功能框图。
23.图6为图1所示天线结构中的第一辐射贴片的辐射效率曲线图。
24.图7为图1所示天线结构中的第二辐射贴片的辐射效率曲线图。
25.图8为图1所示天线结构中的第一辐射贴片工作于2.4-2.5ghz时的s参数(散射参数)曲线图。
26.图9为图1所示天线结构中的第二辐射贴片工作于2.4-2.5ghz时的s参数(散射参数)曲线图。
27.主要元件符号说明
28.阵列天线
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100
29.介质基板
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10
30.槽孔
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11
31.辐射单元
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20
32.第一辐射贴片
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21
33.直边
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211
34.连接边
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212
35.第二辐射贴片
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22
36.馈入部
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30
37.第一馈入部
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301
38.第二馈入部
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302
39.连接部
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31
40.衔接部
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32
41.相接部
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33
42.延伸部
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34
43.联接部
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35
44.延展部
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36
45.无线通信装置
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200
46.数据处理单元
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201
47.射频单元
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202
48.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.需要说明的是，当一个元件被称为“电连接”另一个元件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。
51.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
52.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
53.请参阅图1，本发明一实施方式提供一种阵列天线100，其可设置于无线通信装置200(参图4)内，用以发射、接收无线电波，进而实现无线定位。
54.所述阵列天线100包括介质基板10，辐射单元20及馈入部30。所述辐射单元20设置于所述介质基板10上。所述馈入部30电连接至所述辐射单元20，用以将电信号馈入至所述辐射单元20。
55.所述辐射单元20包括第一辐射贴片21及若干第二辐射贴片22。所述第一辐射贴片21及若干所述第二辐射贴片22均设置于所述介质基板10的同一表面上。若干所述第二辐射贴片22间隔设置，且以所述第一辐射贴片21为圆心，在所述介质基板10上环设于所述第一辐射贴片21的周围。
56.在一可选实施例中，所述第一辐射贴片21为圆极化贴片。可以理解，圆极化是指当电磁波的电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆。
57.请一并参阅图2，在本实施例中，所述介质基板10大致呈圆形片体。所述第一辐射
贴片21设于所述介质基板10的其中一表面，且所述第一辐射贴片21的中心与所述介质基板10的圆心重合。所述第一辐射贴片21大致呈多边形，可由一正方形辐射贴片切去其中一对角得到。即所述第一辐射贴片21包括4条直边211，4条所述直边211依次首尾连接，且每一所述直边211与相对的另一所述直边211互相垂直，大致形成一所述正方形辐射贴片。切去所述正方形辐射贴片的其中一对对角，如此，在所述第一辐射贴片21的其中一对角上，两所述直边211通过一连接边212连接。在其中一个实施例中，所述直边211的长度为24.85毫米，所述连接边212的长度为5.3毫米。
58.请再次参阅图1，在一可选实施例中，所述第二辐射贴片22为线极化贴片。可以理解，线极化是指电磁波的电场矢量在空间的取向固定不变。
59.在本实施例中，所述第二辐射贴片22的数量为6个。每一所述第二辐射贴片22大致为一正方形片体。在其中一个实施例中，所述第二辐射贴片22的边长为28.6毫米。6个所述第二辐射贴片22两两互相对称，以所述第一辐射贴片21为圆心环绕设置。如此，每两相邻的所述第二辐射贴片22的相位差为60
°
。
60.在一可选实施例中，每两个所述第二辐射贴片22的中心的距离d1为62.3毫米。所述第二辐射贴片22的中心与所述第一辐射贴片21的中心的距离d2为62.3毫米。
61.请继续参阅图1，在本实施例中，所述第一辐射贴片21电连接至一所述馈入部30。
62.在本实施例中，所述馈入部30包括第一馈入部301及若干第二馈入部302。所述第一馈入部301电连接至所述第一辐射贴片21，用以为所述第一辐射贴片21馈入电信号，若干所述第二馈入部302分别电连接至所述第二辐射贴片22，用以为所述第二辐射贴片22馈入电信号。
63.请继续参阅图2，在本实施例中，所述第一馈入部301包括依次连接的连接部31、衔接部32、相接部33、延伸部34、联接部35及延展部36。其中，所述连接部31、所述衔接部32、所述相接部33及所述联接部35均为微带线阻抗变换器，所述延伸部34及所述延展部36均为微带线。可以理解，所述微带线阻抗变换器用以完成不同阻抗之间的变换，以获得良好匹配。所述微带线用以传输电信号。
64.在本实施例中，所述连接部31、所述衔接部32、所述相接部33及所述联接部35均大致呈长条形。所述延伸部34及所述延展部36均大致呈矩形，且所述延伸部34及所述延展部36的宽度均大于所述连接部31、所述衔接部32、所述相接部33及所述联接部35的宽度。其中，所述连接部31的一端与所述衔接部32的一端成钝角连接。所述衔接部32的另一端与所述相接部33成钝角连接，且所述相接部33与所述连接部31大致互相垂直。所述相接部33的另一端与所述延伸部34、所述联接部35及所述延展部36依次连接，且所述相接部33、所述延伸部34、所述联接部35及所述延展部36设置于同一水平线上。如此，所述延伸部34、所述联接部35及所述延展部36均与所述连接部31大致互相垂直。其中，所述连接部31的远离所述衔接部32的一端与所述第一辐射贴片21的其中一直边211的大致中心位置大致垂直连接。
65.请一并参阅图3，在一可选实施例中，所述连接部31的长度l31为4.4毫米，所述连接部31的宽度w31为0.4毫米。所述衔接部32的长度l33为1.6毫米，所述衔接部32的宽度w32为0.4毫米。所述相接部33的长度l33为0.7毫米，所述相接部33的宽度w33为0.4毫米。所述延伸部34的长度l34为6毫米，所述延伸部34的宽度w34为2.2毫米。所述联接部35的长度l35为2.9毫米，所述联接部35的宽度w35为0.4毫米。所述延展部36的长度l36为3.2毫米，所述
延展部36的宽度w36为2.9毫米。
66.请一并参阅图4，在本实施例中，所述第二馈入部302的结构与所述第一馈入部301的结构相同，在此不再赘述。每一所述第二辐射贴片22电连接至两所述第二馈入部302，且每一所述第二辐射贴片22对应的两所述第二馈入部302互相正交。如此，所述第二辐射贴片22通过两所述第二馈入部302分别馈入第一信号及第二信号，且所述第一信号与所述第二信号互相正交。例如，在其中一个实施例中，两所述第二馈入部302电连接至所述第二辐射贴片22上相邻的两边，且互相正交设置。其中，两所述第二馈入部302的连接部31的远离所述衔接部32的一端与所述第二辐射贴片22的边的大致中心位置垂直连接。
67.请再次参阅图1，在本实施例中，所述介质基板10上围绕所述第一辐射贴片21及第二辐射贴片22分别开设有若干槽孔11，每一所述槽孔11大致呈环形。所述第一馈入部301及所述第二馈入部302置于所述槽孔11内。可以理解，所述槽孔11在所述介质基板10上形成净空区，所述第一馈入部301及所述第二馈入部302设置于所述槽孔11内，可有效降低信号干扰。
68.可以理解，在本实施例中，可通过封胶(图未示)等方式将所述第一辐射贴片21及所述第二辐射贴片22固定于所述介质基板10上，从而防止所述第一辐射贴片21及所述第二辐射贴片22从所述槽孔11中脱落。可以理解，对所述第一辐射贴片21及所述第二辐射贴片22封胶，亦可以降低所述第一辐射贴片21及所述第二辐射贴片22的刮损。
69.可以理解，本发明通过将若干所述第二辐射贴片22呈圆形均匀分布，且每一所述第二辐射贴片22上设置互相正交的两第二馈入部302，进而实现在水平方向的圆周上，每一所述第二辐射贴片22可同时收发一组互相正交的信号，从而无需设置更多所述第二辐射贴片22，即可获得更多定位数据，进而提高所述阵列天线100的定位精度。本发明还通过将阵列天线100的第一辐射贴片21设计为圆极化贴片，从而利用圆极化贴片在雨、雪天气中的衰减小，穿透电离层能力强，不受地球两极磁场产生的法拉第效应影响等特点，改善所述阵列天线100的辐射特性，增强所述阵列天线100的带宽及性能，以提高所述阵列天线100的辐射增益。
70.请参阅图5，在一实施例中，所述无线通信装置200为一基于到达角度(angle of arrival，aoa)的实时定位基站。所述无线通信装置200支持蓝牙5.1协议。可以理解，所述无线通信装置200还包括数据处理单元201及射频单元202。所述阵列天线100设置于所述无线通信装置200内。所述数据处理单元201与所述射频单元202电连接，所述阵列天线100分别与所述数据处理单元201及所述射频单元202电连接。
71.其中，所述数据处理单元201用以处理待发射的数据，并输出第一模拟信号至所述射频单元202，所述射频单元202用以将所述第一模拟信号转化为待发射的第一射频信号，并通过所述馈入部30将所述第一射频信号馈入至所述阵列天线100并辐射出去。所述阵列天线100还用以接收第二射频信号，并将接收到的所述第二射频信号传送至所述射频单元202。所述射频单元202将接收到的所述第二射频信号转化成第二模拟信号，并发送至所述数据处理单元201，所述数据处理单元201进而处理所述第二模拟信号，以测算得到位置坐标，进而实现aoa实时定位。
72.可以理解，在一实施例中，所述阵列天线100的第一辐射贴片21通过所述第一馈入部301馈入电信号后，可激发相应的辐射频段，从而与上层基站(图未示)或服务器(图未示)
进行通信。
73.所述阵列天线100的第二辐射贴片22通过两所述第二馈入部302馈入电信号后，可激发相应的辐射频段，与移动信标进行通信，从而依次进行同相正交(in-phase/quadrature，i/q)信号采样。所述第二辐射贴片22还将信号采样结果经由所述第二馈入部302及所述射频单元202传送至所述数据处理单元201，并由所述数据处理单元201根据所述信号采样结果进行测算，以得到信标位置数据。所述数据处理单元201继而将所述信标位置数据通过所述射频单元202转化成射频信号，并经过所述第一馈入部301将所述射频信号馈入至所述第一辐射贴片21，以将所述信标位置数据传送至所述上层基站(图未示)或所述上层服务器(图未示)。
74.可以理解，在本实施例中，对应若干所述第二辐射贴片22以所述第一辐射贴片21为圆心，且环设于所述第一辐射贴片21的周围的设计，所述介质基板10对应设计为圆形片体。如此，可节省所述介质基板10的材料。在其中一个实施例中，所述介质基板10的直径r为196毫米，所述介质基板10的厚度为1.6毫米，所述介质基板10的相对介电常数为4.1。
75.可以理解，在其他实施例中，所述介质基板10亦可以为其他形状，例如方形、三角形或不规则形等。本技术不对所述介质基板10的形状进行限制。
76.可以理解，在其他实施例中，所述阵列天线100亦可以设置在其他定位装置中，例如手机、平板电脑等移动终端中。
77.可以理解，所述数据处理单元201可为一具有相应的处理程序的芯片，所述射频单元202可为一射频芯片。
78.可以理解，在其他实施例中，所述阵列天线100上的第二辐射贴片22的数量不局限于本实施例中的第二辐射贴片22的数量，所述阵列天线100上亦可根据实际需要设置其他数量的第二辐射贴片22。
79.请一并参阅图6及图7，图6为所述第一辐射贴片21的辐射效率曲线图，图7为所述第二辐射贴片22的辐射效率曲线图。由图6可以看出，所述第一辐射贴片21工作于2.45ghz时，辐射效率大于-17db，可满足天线工作设计要求。由图7可以看出，所述第二辐射贴片22工作于2.45ghz时，辐射效率大于-18db，可满足天线工作设计要求。
80.请一并参阅图8及图9，图8为所述第一辐射贴片21工作于2.4-2.5ghz时的s11值，图9为所述第二辐射贴片22工作于2.4-2.5ghz时的s11值。由图8及图9的s11值曲线可看出对应的回波损耗较低，均可满足天线工作设计要求。
81.以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。