CN102800954A - 天线单元、天线组件及多天线组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线单元，包括介质基板、用来与馈线连接的主振子、用来增强所在侧的无线电波的引向器，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。本发明还涉及一种天线组件，包括用于反射所述天线组件所使用的无线电波的介质反射面和位于所述介质反射面一侧的天线组，所述天线组包括至少一个上述天线单元，且所述介质反射面、每个所述天线单元的引向器分别位于相应的天线单元的主振子两侧。本发明还涉及具有多个上述天线组的多天线组件。本发明依据八木天线原理设计而成，具有良好的方向性，且具有频带宽、增益高、易调试的优点。

Description

天线单元、天线组件及多天线组件

技术领域

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、天线组件及多天线组件。

背景技术

八木天线，又称八木-宇田天线，通常成“王”字形。主振子（又称有源振子）居“王”字中间，与馈线相连。反射器位于主振子一侧，起削弱该侧电磁波的作用，长度稍长于主振子；引向器位于主振子另一侧，稍短于主振子，用于增强所在的这一侧的电磁波。

八木天线的优点是具有很好的方向性，测向、远距离通信的效果非常好。但是现有的八木天线都是用金属棒做成的，体积大，占用空间，主要用于室外。如何将八木天线的优势应用在无线覆盖的小型天线如吸顶天线、无线路由器等天线上，是本发明所要解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于八木天线原理的小型化的天线单元、天线组件及多天线组件。

一种天线单元，包括介质基板、用来与馈线连接的主振子、用来增强所在侧的无线电波的引向器，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。

在本发明所述的天线单元中，所述导体线为金属线。

在本发明所述的天线单元中，所述引向器有多个，构成一组相互平行的导体线。

在本发明所述的天线单元中，多个所述引向器的中心在同一直线上且所述直线垂直于所述引向器。

在本发明所述的天线单元中，所述主振子包括共线的两条导体线，且分别与所述引向器的导体线平行。

在本发明所述的天线单元中，所述主振子的总长度大于每个所述引向器的长度。

本发明还涉及一种天线组件，包括用于反射所述天线组件所使用的无线电波的介质反射面和位于所述介质反射面一侧的天线组，所述天线组包括至少一个上述天线单元，且所述介质反射面、每个所述天线单元的引向器分别位于相应的天线单元的主振子两侧。

在本发明所述的天线组件中，所述天线组包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直于所述介质反射面，且三个所述天线单元互成120度、以同一直线为延长相交线、且到所述延长相交线的距离均相等地设置。

在本发明所述的天线组件中，所述天线组包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直于所述介质反射面，三个天线单元互成60度、且三个天线单元的介质基板沿各自表面方向延长后相交构成正三角形地设置。

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两个天线组，所述至少两个天线组所使用的无线电波频率不相同，每个所述天线组包括至少一个上述单元，且所述介质反射面、每个所述天线单元的引向器分别位于相应的天线单元的主振子两侧。

在本发明所述的多天线组件中，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，且前者的天线单元的主振子尺寸大于后者的天线单元的主振子尺寸。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一天线组和第二天线组分别包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直于所述介质反射面，且所述第一天线组的三个天线单元互成120度、以同一直线为延长相交线、且到所述延长相交线的距离均相等地设置，所述第二天线组的三个天线单元互成60度、且三个天线单元的介质基板沿表面方向延长后相交构成正三角形地设置。

在本发明所述的多天线组件中，所述第二天线组的三个天线单元依次位于所述第一天线组的三个天线单元的三个相邻间隔中。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：依据八木天线原理设计的天线单元、天线组件、多天线组件具有良好的方向性，且具有频带宽、增益高、易调试的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的天线单元的结构示意图；

图2为具有图1所示天线单元的天线组件的结构示意图；

图3为具有至少两个天线组的多天线组件的结构示意图；

图4为图3所示多天线组件的俯视图；

图5是图3所示多天线组件的第一天线组的天线单元的尺寸示意图；

图6为图3所示多天线组件的第二天线组的天线单元的尺寸示意图；

图7为图3、图4所示多天线组件的低频段电压驻波比仿真图；

图8为上述多天线组件在频率为2.45GHz时的方向图；

图9为图3、图4所示多天线组件的高频段电压驻波比仿真图；

图10为上述多天线组件在频率为5.72GHz时的方向图。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。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，引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。通常，引向器多于五个后对电磁场的影响就变化不大了，为了节省空间和材料，优选引向器为三个。

优选地，第三、第四、第五导体线45、46、47的中心点三点在一条直线线上，且该直线垂直三者中任意一条导体线。同时，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。

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。

具有这种结构的天线单元，在主振子的另一侧装上反射器后，即可构成类似八木天线的结构。八木天线，又称八木-宇田天线，通常成“王”字形。主振子（又称有源振子）居“王”字中间，与馈线相连。反射器位于主振子一侧，起削弱该侧电磁波的作用，长度稍长于主振子；引向器位于主振子另一侧，稍短于主振子，用于增强所在的这一侧的电磁波。

八木天线的优点是具有很好的方向性，测向、远距离通信的效果非常好。但是现有的八木天线都是用金属棒做成的，体积大，占用空间，主要用于室外。如何将八木天线的优势应用在无线覆盖的小型天线如吸顶天线、无线路由器等天线上，是本发明所要解决的问题。

因此，本发明还保护一种天线组件，如图2所示，包括介质反射面1和装在介质反射面1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。

介质反射面1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1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1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1和每个天线单元4上的引向器分别位于该天线单元4的主振子两侧，整体构成了一个小型化的八木天线，其中介质反射面1即为上述反射器，主振子的第一导体线48和第二导体线49构成上述有源振子，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1，也能大大节省空间，减小天线的体积。

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，即具有相同的基板材料和基板尺寸，且主振子和引向器的材料、尺寸、所在位置等也完全相同。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。

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1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。

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1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。

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。

当介质反射面1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1上具有多个天线组而构成的整体，称作多天线组件。

如图3、图4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1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1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。

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1位于该天线单元主振子的两侧。

如图4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，以图4所示的俯视图来看，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。

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。且如图4所示，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。

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，第一天线单元2、第二天线单元3的尺寸如图5、图6所示，其中第一天线单元2的介质基板20长95.2mm，宽52.6mm，第一导体线28、第二导体线29均长22.8mm，宽1.5mm，第三导体线25、第四导体线26、第五导体线27均长40mm，宽1.5mm。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0.7mm，第三导体线35、第四导体线36、第五导体线37均长17mm，宽0.7mm。介质反射面1为铜箔，直径为200mm。用具有上述尺寸、且如图3、图4所示排布的多天线组件进行仿真如图7至图10所示。

其中，图7所示为低频段驻波比仿真图。图7中标注的三个点m1、m2、m3在仿真图中的坐标参数为：

名称	X(GHz)	Y
			m1	2.4400	1.1582
m2	2.4000	1.2463
			m3	2.4800	1.2319

上表说明，该多天线组件在2.4000～2.4800GHz频段范围内，具有非常良好的阻抗匹配。

图8为上述多天线组件在频率为2.45GHz的电磁场中的方向图。由图可知，该频率下的辐射方向性很好，能够满足无线信号收发的需求。

其中，图9所示为高频段驻波比仿真图。图9中标注的两个点m1、m2在仿真图中的坐标参数为：

名称	X(GHz)	Y
			m1	5.7250	1.0607
m2	5.8500	1.1772

上表说明，该多天线组件在5.7250～5.8500GHz频段范围内，具有非常良好的阻抗匹配。

图10为上述多天线组件在频率为5.725GHz的电磁场中的方向图。由图可知，该频率下的辐射方向性很好，能够满足无线信号收发的需求。

综上所述，依据八木天线原理设计的天线单元、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。

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。

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。

Claims (13)

1.一种天线单元，其特征在于，包括介质基板、用来与馈线连接的主振子、用来增强所在侧的无线电波的引向器，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。

2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述导体线为金属线。

3.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述引向器有多个，构成一组相互平行的导体线。

4.根据权利要求3所述的天线单元，其特征在于，多个所述引向器的中心在同一直线上且所述直线垂直于所述引向器。

5.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述主振子包括共线的两条导体线，且分别与所述引向器的导体线平行。

6.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述主振子的总长度大于每个所述引向器的长度。

7.一种天线组件，其特征在于，包括用于反射所述天线组件所使用的无线电波的介质反射面和位于所述介质反射面一侧的天线组，所述天线组包括至少一个如权利要求1至6所述的天线单元，且所述介质反射面、每个所述天线单元的引向器分别位于相应的天线单元的主振子两侧。

8.根据权利要求7所述的天线组件，其特征在于，所述天线组包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直于所述介质反射面，且三个所述天线单元互成120度、以同一直线为延长相交线、且到所述延长相交线的距离均相等地设置。

9.根据权利要求7所述的天线组件，其特征在于，所述天线组包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直于所述介质反射面，三个天线单元互成60度、且三个天线单元的介质基板沿各自表面方向延长后相交构成正三角形地设置。

10.一种多天线组件，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两个天线组，所述至少两个天线组所使用的无线电波频率不相同，每个天线组少一个利要求1至6所述的天线单元，且所述介质反射面、每个所述天线单元的引向器分别位于相应的天线单元的主振子两侧。

11.根据权利要求10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，且前者的天线单元的主振子尺寸大于后者的天线单元的主振子尺寸。

12.根据权利要求11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分别包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直于所述介质反射面，且所述第一天线组的三个天线单元互成120度、以同一直线为延长相交线、且到所述延长相交线的距离均相等地设置，所述第二天线组的三个天线单元互成60度、且三个天线单元的介质基板沿表面方向延长后相交构成正三角形地设置。

13.根据权利要求12所述的多天线组件，其特征在于，所述第二天线组的三个天线单元依次位于所述第一天线组的三个天线单元的三个相邻间隔中。

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