CN118099716A - 一种天线、天线阵列及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，公开一种天线、天线阵列及通信设备，该天线中，第一辐射单元和第二辐射单元沿第一方向设置于介质基板；第一辐射单元包括沿第一方向排列、且通过第一馈点连接的第一枝节和第二枝节，第二辐射单元包括沿第一方向排列、且通过第二馈点连接的第三枝节和第四枝节，其中，第一枝节和第四枝节设置于介质基板的一面，第二枝节和第三枝节设置于介质基板的另一面，实现第一辐射单元和第二辐射单元的反相；移相单元连接于第一馈点和第二馈点之间，馈电单元用于通过移相单元分别向第一馈点和第二馈点馈电，并通过第一辐射单元和第二辐射单元辐射出电磁波信号；其中，由于第一辐射单元和第二辐射单元反相，可以采用更短的移相单元。

Description

一种天线、天线阵列及通信设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种天线、天线阵列及通信设备。

背景技术

室外(基站或无线局域网)覆盖场景中，一般采用装备全向天线的通信装置。其中，全向天线是指在平面中均匀辐射的天线。

采用全向天线成本较低覆盖角度大，通信装置安装操作便利。采用全向天线的通信装置在实际应用中，一方面，由于用户希望全向天线形成的天线装置更为美观且不易被发现，外观上需要全向天线小型化，使得全向天线体积较小；另一方面，用户希望全向天线能覆盖更大的空间，性能上需要全向天线保持高增益，同时为解决城市密集楼宇场景的覆盖盲区，需要全向天线的能量在垂直面上倾。

传统技术中，全向天线在保持天线小型化的前提下，天线的覆盖性能就会下降，天线覆盖性能和小型化这两个需求不能同时满足。

发明内容

本发明公开了一种天线、天线阵列及通信设备，用于同时满足天线覆盖性能和小型化。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，提供一种天线，该天线包括：第一辐射单元、第二辐射单元、移相单元、馈电单元和介质基板，所述第一辐射单元和所述第二辐射单元沿第一方向设置于所述介质基板，相对于只有一个辐射单元的天线，可以确保天线具有高增益等覆盖性能；所述第一辐射单元包括沿所述第一方向排列、且通过第一馈点连接的第一枝节和第二枝节，所述第二辐射单元包括沿所述第一方向排列、且通过第二馈点连接的第三枝节和第四枝节，其中，所述第一枝节和所述第四枝节设置于所述介质基板的一面，所述第二枝节和所述第三枝节设置于所述介质基板的另一面，即第一辐射单元和第二辐射单元放置方向相反；所述移相单元连接于所述第一馈点和所述第二馈点之间，所述馈电单元用于通过所述移相单元分别向所述第一馈点和所述第二馈点馈电，并通过第一辐射单元和第二辐射单元辐射出电磁波信号；其中，由于第一辐射单元和第二辐射单元反相，相对于两者具有相同相位时，移相单元的长度只要足以抵消180°的整数倍的相位差即可使第一辐射单元和第二辐射单元移相至相同相位，可以采用更短的移相单元来控制方向图偏转；并且，在第一方向上，移相单元分别与第二枝节和第三枝节实现了空间复用，不额外占用天线的第一方向上的长度空间，有利于进一步实现天线的小型化。以上，该天线可以同时满足天线覆盖性能和小型化。

可选地，所述第一枝节的至少部分结构关于中心轴线对称，所述中心轴线沿所述第一方向延伸。

可选地，所述第一枝节包括M对第一子枝节，至少部分成对的所述第一子枝节中，每对所述第一子枝节关于所述中心轴线对称设置，其中，M为大于或等于1的正整数；或者，所述第一枝节为实心面状结构。

可选地，所述第一子枝节的末端形成第一弯折结构。

可选地，所述第二枝节包括N对第二子枝节，至少部分成对的所述第二子枝节中，每对所述第二子枝节关于所述中心轴线对称设置；其中，N为大于或等于1的正整数。

可选地，所述第二子枝节的末端形成第二弯折结构。

可选地，所述第三枝节包括第三子枝节，所述第四枝节包括第四子枝节；所述第三子枝节和所述第四子枝节均沿所述介质基板的第二方向上的同一条侧边延伸，所述馈电单元位于所述第四子枝节远离所述介质基板的对应侧边的一侧；其中，所述第二方向垂直于所述第一方向。

可选地，当所述第一枝节关于中心轴线对称时，所述移相单元包括直线段和避让段，所述直线段沿所述中心轴线延伸，所述避让段位于所述第四子枝节远离所述第一馈点的一侧，且沿所述第二方向向远离所述第二馈点的方向凹陷。

可选地，所述第三子枝节的末端形成有向所述移相单元弯折的第三弯折结构，所述第四子枝节的末端形成有向所述移相单元弯折的第四弯折结构。

第二方面，提供一种天线阵列，该天线阵列包括多个阵列分布的如上述任一技术方案所述的天线。

所述的天线阵列与上述的天线相对于传统技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

第三方面，提供一种通信设备，该通信设备包括：如上述任一技术方案所述的天线或者如上述技术方案所述的天线阵列。

所述的通信设备与上述的天线或天线阵列相对于传统技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的第1种天线；

图2为本申请实施例提供的第2种天线；

图3为本申请实施例提供的第3种天线；

图4为本申请实施例提供的第4种天线；

图5为本申请实施例提供的第5种天线；

图6为本申请实施例提供的第6种天线；

图7为本申请实施例提供的第7种天线；

图8为本申请实施例提供的第8种天线；

图9为本申请实施例提供的第9种天线；

图10为本申请实施例提供的第10种天线；

图11为本申请实施例提供的第11种天线；

图12为本申请实施例提供的第12种天线；

图13为本申请实施例提供的第13种天线；

图14为本申请实施例提供的第14种天线；

图15为本申请实施例提供的第15种天线；

图16为图1所示天线的垂直面方向图；

图17为图1所示天线的水平面方向图；

图18为本申请实施例提供的通信设备结构示意图；

图19为图18所示通信设备应用场景示意图。

具体实施方式

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。

参考图1，本申请实施例提供的天线包括：第一辐射单元20、第二辐射单元30、移相单元40、馈电单元50和介质基板10，第一辐射单元20和第二辐射单元30沿第一方向P1设置于介质基板10，相对于只有一个辐射单元的天线，可以确保天线具有高增益等覆盖性能。第一辐射单元20包括沿第一方向P1排列、且通过第一馈点K1连接的第一枝节21和第二枝节22。第二辐射单元30包括沿第一方向P1排列、且通过第二馈点K2连接的第三枝节31和第四枝节32。其中，第一枝节21和第四枝节32设置于介质基板10的一面，第二枝节22和第三枝节31设置于介质基板10的另一面，即第一辐射单元20和第二辐射单元30放置方向相反。移相单元40连接于第一馈点K1和第二馈点K2之间，馈电单元50用于通过移相单元40分别向第一馈点K1和第二馈点K2馈电，并通过第一辐射单元20和第二辐射单元30辐射出电磁波信号。

在信号馈入条件相同的情况下，当第一辐射单元20和第二辐射单元30放置方向相同时，两者之间相位差是360°的整数倍，在连接移相单元40后，若需要第一辐射单元20和第二辐射单元30移相至相同相位，移相单元40的长度要足以抵消是360°的整数倍的相位差，因此，长度较大；然而，图1所示的实施例中，第一辐射单元20和第二辐射单元30放置方向相反，移相单元40的长度只要足以抵消180°的整数倍的相位差即可使第一辐射单元20和第二辐射单元30移相至相同相位，可以采用更短的移相单元40来控制方向图偏转，从而，实现天线的小型化。并且，在此基础之上对移相单元40的适当调整，即可实现天线的上倾或下倾。在第一方向P1上，移相单元40分别与第二枝节22和第三枝节31实现了空间复用，不额外占用天线的第一方向P1上的长度空间，有利于进一步实现天线的小型化。以上，该天线可以同时满足天线覆盖性能和小型化。并且，由于天线实现了小型化，通信设备内相同的空间可以通纳更多个天线，将这些天线集成到同一个通信设备内，有利于实现高速通信及提高集成度。

通过改变移相单元40的长度可以实现天线方向图的偏转角度调节，天线的方向图不偏转时，第一辐射单元20和第二辐射单元30相位差为180°。方向图需要向上偏转(上倾)时，可以通过增加移相单元长度，使第一辐射单元20和第二辐射单元30相位差大于180°，例如可以介于180°至270°之间。方向图需要向下偏转(下倾)时，可以通过减小移相单元长度，使第一辐射单元20和第二辐射单元30相位差小于180°，例如可以介于90°至180°之间。

在一个具体的实施例中，第一枝节21的至少部分结构关于中心轴线L对称，中心轴线L沿第一方向P1延伸，其中，可以是第一枝节21均关于中心轴线L对称，也可以是第一枝节21的部分结构关于中心轴线L对称，从而，有利于提高天线方向图的对称性，方向图的水平方向上的均匀性得以提高。

具体地，参考图1，第一枝节21可以为实心面状结构，例如，实心面状结构可以是长方形、椭圆形、圆形或正方形，在提高天线方向图的对称性的同时，相对于条形的枝节，可以覆盖介质基板10上的更大面积的区域，以充分利用介质基板10的面积，尽可能增加第一枝节21的实际面积，从而，第一枝节21的覆盖性能得以提高，提高增益。

参考图2至图5，第一枝节21包括M对第一子枝节211，至少部分成对的第一子枝节211中，可以是全部M对第一子枝节211或者少于M对的第一子枝节211中，每对第一子枝节211关于中心轴线L对称设置，其中，M为大于或等于1的正整数，例如，M的值可以为1、2或3，也可以提高天线方向图的对称性。当M的值较小(如M＝1)时，第一辐射单元20的反射驻波较小，不易发生阻抗失配，当M的值较大(如M＝3)时，有更大的空间设置第一子枝节211，第一子枝节211的尺寸得以增加，等效电流路径长度增加，有利于提高带宽。

其中，第一子枝节211的形式可以多种多样。

在图2中，第一子枝节211呈直线形，第一子枝节211的末端形成第一弯折结构212。在同样等效电流路径长度的情况下，第一子枝节211在第一方向P1上的尺寸缩短，因此，在确保辐射相同波长的情况下，可以进一步降低天线高度，从而，有利于通信设备整体小型化，便于安装后隐身、伪装。

图3中第一子枝节211为多处直角折弯形，图4中第一子枝节211为弯曲S形，图5中的第一子枝节211呈直线形。其中，直角折弯形和弯曲S形均相对于直线形具有更长的等效电流路径长度，有利于小型化，直角折弯形相对于弯曲S形的等效电流路径长度更大，小型化效果更好，弯曲S形相对于直角折弯形则可以确保电流路径连续性好，有利于提高辐射效果。第二子枝节221的形式变化可以参考第一子枝节211。

第一枝节21也可以不关于中心轴线L对称，例如，参考图6至图9，分别一一对应的在图2至图5的基础上仅保留一个第一子枝节211，也可以在一定程度上有利于实现天线的小型化。

在一个具体的实施例中，结合图1至图5，第二枝节22包括N对第二子枝节221，至少部分成对的第二子枝节221中，可以是全部N对第二子枝节221或者少于N对的第二子枝节221中，每对第二子枝节221关于中心轴线L对称设置；其中，N为大于或等于1的正整数，有利于提高天线方向图的对称性，并且每对第二子枝节221之间的区域为移相单元40提供了容纳空间，避免相互干涉。

在一个具体的实施例中，第二子枝节221的末端形成第二弯折结构222。在确保辐射相同波长的情况下，可以进一步降低天线高度，有利于实现小型化，并避免第一辐射单元20和第二辐射单元30之间相互干涉，有利于实现天线的小型化，从而，有利于通信设备整体小型化，便于安装后隐身、伪装。

在一个具体的实施例中，第三枝节31包括第三子枝节311，第四枝节32包括第四子枝节321；第三子枝节311和第四子枝节321均沿介质基板10的第二方向P2上的同一条侧边延伸，馈电单元50位于第四子枝节321远离介质基板10的对应侧边的一侧，以上分布方式为馈电单元50提供了足够的容纳空间，有利于实现稳定馈电；其中，第二方向P2垂直于第一方向P1。

在一个具体的实施例中，当第一枝节21关于中心轴线L对称时，移相单元40包括直线段41和避让段42，直线段41沿中心轴线L延伸，从而，分别与两侧的第二子枝节221保持同样的距离，尽量避免信号干扰，避让段42位于第四子枝节321远离第一馈点K1的一侧，且沿第二方向P2向远离第二馈点K2的方向凹陷，以尽量远离第四子枝节321，避免与其相互干扰，提高隔离度。

在一个具体的实施例中，第三子枝节311的末端形成有向移相单元40弯折的第三弯折结构312，第四子枝节321的末端形成有向移相单元40弯折的第四弯折结构322，在确保辐射相同波长的情况下，可以进一步降低天线高度，有利于实现小型化，并避免第一辐射单元20和第二辐射单元30之间相互干涉，有利于实现天线的小型化，从而，有利于通信设备整体小型化，便于安装后隐身、伪装。

其中，第一辐射单元20和第二辐射单元30的中心间距可以为0.35倍至0.42倍的辐射波长，例如，0.35倍、0.38倍、0.40倍和0.42倍的辐射波长，第一辐射单元20和第二辐射单元30的等效电流路径长度均为四分之一倍的辐射波长时，辐射效果较好，两者中心间距接近0.5倍的辐射波长，在对两者设置适当程度地弯曲后，中心间距可以小于0.5倍的辐射波长，中心间距小于0.35倍的辐射波长时，第一辐射单元20和第二辐射单元30容易相互接触，且加工工艺难度较大，中心间距大于0.42倍的辐射波长则不利于实现小型化。此处的“辐射波长”可以是指第一辐射单元20或第二辐射单元30的辐射波长。其中，第一辐射单元20和第二辐射单元30的辐射波长可以相同或者接近。

应当理解的是，第三枝节31和第四枝节32也不限于单枝节的形式，也可以采用如图10至图13所示的对称分布的双枝节的形式。第三子枝节311和第四子枝节321的形状变化可以参考前文的第一子枝节211的变形。

此外，移相单元40也并不限于图1所示的形式，也可以采用图14所示的弯曲S形的结构，或者图15所示的多直角弯折形的结构。

其中，以图1所示的天线进行仿真实验，分别获得图16所示的垂直面方向图和图17所示的水平面方向图，图16可以看出天线方向图垂直上倾且对称性好，图17可以看出天线方向图趋近于圆形，全向性好。

基于相同的发明构思，本申请实施例还提供一种天线阵列，该天线阵列包括多个阵列分布的如上述实施例提供的天线，其有益效果可以参考前文实施例对天线的分析。参考图18，四个天线100阵列排布，可实现双频4*4MIMO的通信能力，提升通信速率及用户体验。

基于相同的发明构思，本申请实施例还提供一种通信设备，该通信设备包括：如上述实施例提供的天线或者上述实施例提供的天线阵列。其有益效果可以参考前文实施例对天线或者天线阵列的分析。

参考图18，通信设备10中，四个天线100形成的天线阵列位于塑料外壳G1中，天线阵列下方设有射频收发组件等通信组件G2。

参考图19，通信设备10的方向图上倾，高楼层采用宏站覆盖，通信设备10的垂直面最大功率处指向中楼层，低楼层距离通信设备10距离小，可以采用旁瓣通信设备10的旁瓣覆盖。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种天线，其特征在于，包括：第一辐射单元、第二辐射单元、移相单元、馈电单元和介质基板，所述第一辐射单元和所述第二辐射单元沿第一方向设置于所述介质基板；

所述第一辐射单元包括沿所述第一方向排列、且通过第一馈点连接的第一枝节和第二枝节，所述第二辐射单元包括沿所述第一方向排列、且通过第二馈点连接的第三枝节和第四枝节，其中，所述第一枝节和所述第四枝节设置于所述介质基板的一面，所述第二枝节和所述第三枝节设置于所述介质基板的另一面；

所述移相单元连接于所述第一馈点和所述第二馈点之间，所述馈电单元用于通过所述移相单元分别向所述第一馈点和所述第二馈点馈电。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一枝节的至少部分结构关于中心轴线对称，所述中心轴线沿所述第一方向延伸。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一枝节包括M对第一子枝节，至少部分成对的所述第一子枝节中，每对所述第一子枝节关于所述中心轴线对称设置，其中，M为大于或等于1的正整数；或者，

所述第一枝节为实心面状结构。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述第一子枝节的末端形成第一弯折结构。

5.根据权利要求2至4任一项所述的天线，其特征在于，所述第二枝节包括N对第二子枝节，至少部分成对的所述第二子枝节中，每对所述第二子枝节关于所述中心轴线对称设置；

其中，N为大于或等于1的正整数。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述第二子枝节的末端形成第二弯折结构。

7.根据权利要求1至6任一项所述的天线，其特征在于，所述第三枝节包括第三子枝节，所述第四枝节包括第四子枝节；

所述第三子枝节和所述第四子枝节均沿所述介质基板的第二方向上的同一条侧边延伸，所述馈电单元位于所述第四子枝节远离所述介质基板的对应侧边的一侧；

其中，所述第二方向垂直于所述第一方向。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，当所述第一枝节关于中心轴线对称时，所述移相单元包括直线段和避让段，所述直线段沿所述中心轴线延伸，所述避让段位于所述第四子枝节远离所述第一馈点的一侧，且沿所述第二方向向远离所述第二馈点的方向凹陷。

9.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述第三子枝节的末端形成有向所述移相单元弯折的第三弯折结构，所述第四子枝节的末端形成有向所述移相单元弯折的第四弯折结构。

10.一种天线阵列，其特征在于，包括多个阵列分布的如权利要求1至9任一项所述的天线。

11.一种通信设备，其特征在于，包括：权利要求1至9任一项所述的天线或者权利要求10所述的天线阵列。