多天线组件及其无线移动互联设备
技术领域
本发明涉及无线通讯设备领域,更具体地说,涉及一种多天线组件及其无线互联设备。
背景技术
无线通讯***中,用户对无线通讯***数据吞吐量持续提高、高要求的QoS服务质量及抗干扰能力强的要求。如,在IEEE802.11a/g/b/n/ac等通讯***中,无线接入点(AP)通过无线链路来与一个或者更多无线用户设备之间相互传输数据。该无线用户设备可能容易受到其它接入点、其他无线通讯装置、在该接入点与该远程接收点间的无线链路环境内的变化或干扰等。该干扰可能使得无线链路的传输数据能力大大降低、或者误码率极大提高及QoS服务质量较差而导致用户无法忍受。
无线电子设备例如便携式计算机和手持电子设备越来越流行了。诸如这些的设备通常具有无线通信能力。例如,一些电子设备可以使用长距离无线通信电路例如蜂窝电话电路,以利用850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz的蜂窝电话频带(例如,主要的全球移动通信***或GSM蜂窝电话的频带)通信。也可以使用长距离无线通信电路处理2100MHZ频带和其它频带。电子设备可以使用短距离无线通信链路来处理与附近设备的通信。例如,无线通讯电子设备可以使用2.4GHz和5.8GHz的Wi-Fi(IEEE 802.11)频带(有时叫做局域网频带)和2.4GHz的Bluetooth(蓝牙)频带进行通信。
特别现在基于IEEE 802.11a/g/b/n/ac等协议的无线移动互联网高速发展,无线移动互联网设备、***及子***对天线器件提出更高的技术参数(增益值、驻波及多天线隔离度等参数)要求,天线也成为制约线移动互联网设备、***及子***一个重要技术瓶颈。因此需要提供用于无线电子设备的改进的天线、天线***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
本发明要解决的技术问题在于,提高天线技术参数(增益值、驻波及多天线隔离度等参数)要求;以及其应用,如无线接入设备、MIMO通讯设备及无线路由设备整体性能(数据上行、下行速率及吞吐量等)。因此,本发明提供一种能够应用于MIMO通讯装置中的多天线组件及其无线互联设备。
一种多天线组件,包括:
用于反射所述多天线组件使用的无线电波的反射介质表面;
设置于所述反射介质表面上的至少两天线单元;
设置于所述反射介质表面上的至少一隔离器,用于将所述多天线组件中的每一天线单元分别所使用的无线电波相互隔离。
进一步地,所述天线单元包括一介质基板和设置于所述介质基板表面的一天线导体。
进一步地,所述介质基板在小于8GHz的频率下工作,具有小于0.04的电损耗正切值。
进一步地,所述介质基板在2.4GHz和/或5.8GHz频率下工作,均具有小于0.009的电损耗正切值。
进一步地,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。
进一步地,所述介质基板为由两种或两种以上材料组成的复合材料板。
进一步地,所述复合材料板包括纤维布以及环氧树脂的交联反应化合物。
进一步地,所述天线单元为金属天线振子。
进一步地,所述金属天线振子为金属片,所述金属片上镂空有天线结构。
进一步地,所述反射介质表面由导电材料制成。
进一步地,所述反射介质表面为具有几何图案的导电微结构。
进一步地,所述导电微结构的尺寸小于所述天线单元所使用的无线电波频率所对应的波长的二分之一。
进一步地,所述导电微结构的尺寸小于所述天线单元所使用的无线电波频率所对应的波长的四分之一。
进一步地,所述导电微结构的尺寸小于所述天线单元所使用的无线电波频率所对应的波长的六分之一。
进一步地,所述反射介质表面选用单面或双面覆铜箔介质基板中任意一种。
进一步地,所述反射介质表面可以选用平面或者非平面中的任意一种。
进一步地,所述隔离器与所述反射介质表面电气耦合关联。
进一步地,所述天线导体包括一馈电部、信号线、发射台及开口耦合环;所述发射台设置于所述开口耦合环内且对应着所述开口耦合环的开口处,所述信号线一端穿过所述开口耦合环的开口与发射台成一体设置,所述信号线一端设置所述开口耦合环外且与所述馈电部相连。
进一步地,所述天线导体包括一馈电部、信号线、发射台及闭合耦合结构,所述发射台电连接所述闭合耦合结构或耦合关联所述闭合耦合结构。
进一步地,所述信号线沿着所述闭合耦合结构边缘设置,且在末端形成所述发射台。
进一步地,所述闭合耦合结构由“口”字状拓扑结构内嵌套“山”字状拓扑结构形成该复合拓扑结构。
进一步地,所述闭合耦合结构选用一互补式开口谐振环拓扑结构、互补式螺旋线拓扑结构、互补式弯折线拓扑结构、互补式的开口螺旋环拓扑结构及双开口螺旋环拓扑结构中任意一种。
进一步地,所述闭合耦合结构的拓扑结构由所述互补式开口谐振环拓扑结构、互补式螺旋线拓扑结构、互补式弯折线拓扑结构、互补式的开口螺旋环拓扑结构及双开口螺旋环拓扑结构中任意一种或者几种结构衍生、复合或组阵得到的拓扑结构。
本发明还涉及一种具有多天线组件的无线移动互联装置,包括射频电路、基带信号处理单元、控制单元、存取器、电源电路及一壳体;所述壳体包括上下设置的第一内部空间和第二内部空间;所述无线移动互联装置还包括一多天线组件且设置于所述第一内部空间;所述多天线组件为如权利要求1至23任一项所述的多天线组件。
进一步地,所述射频电路、基带信号处理单元、控制单元、存取器、电源电路设置于所述第二内部空间。
相较于现有技术,本发明的有益效果如下:所述多天线组件包括一个公共的反射面及设置所述公共的反射面若干天线单元,然后将若干天线单元相互进行隔离。使得所述多天线组件基于所应用的无线数据收发控制方式实现空间复用、空间分集、波束赋形等类型高数传输率性能。从而提供一种基于IEEE802.11a/g/b/n/ac等协议的无线高速移动互联网设备、***及子***天线组件。
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为本发明无线移动互联设备的透视示意图;
图2为图1所示多天线组件一实施方式的模型图;
图3为图2所示多天线组件下侧的平面图;
图4为图2所示多天线组件中一天线单元的平面示意图;
图5为图1所示多天线组件另一实施方式的模型图;
图6为图1所示多天线组件第三实施方式的模型图;
图7是图2或5所示多天线组件应用另一天线单元的平面示意图;
图8为图7所示天线单元的天线导体的发射台长短是可变的说明性示意平面图;
图9为图7所示天线导体长和宽是可变的说明性示意平面图;
图10a为本发明天线单元包含的一种开口谐振环拓扑结构平面图;
图10b为图10a所示开口谐振环拓扑结构的一种互补式拓扑结构平面图;
图11a为本发明天线单元包含的一种螺旋线拓扑结构平面图;
图11b为图11a所示螺旋线拓扑结构的一种互补式拓扑结构平面图;
图12a为本发明天线单元包含的一种弯折线拓扑结构的平面图;
图12b为图12a所示弯折线拓扑结构的一种互补式拓扑结构平面图;
图13a为本发明天线单元包含的一种开口螺旋环拓扑结构的平面图;
图13b为图13a所示开口螺旋环拓扑结构的一种互补式拓扑结构平面图;
图14a为本发明天线单元包含的一种双开口螺旋环拓扑结构平面图;
图14b为图14a所示双开口螺旋环拓扑结构的一种互补式拓扑结构平面图;
图15为图10a所示开口谐振环拓扑结构几何形状衍生示意图;
图16为图10b所示互补式开口谐振环拓扑结构中几何形状衍生示意图;
图17为图10b所示互补式开口谐振环拓扑结构衍生示意图;
图18a为图10b所示三个互补式开口谐振环拓扑结构复合衍生得到一种拓扑结构平面图;
图18b为图13a所示拓扑结构的一种互补式的拓扑结构平面图。
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。
请参阅图1,为本发明无线移动互联设备的透视示意图。无线移动互联设备包括一壳体103和设置于壳体103内的射频电路11、基带信号处理单元16、控制单元13、存取器14、电源电路15及多天线组件2。无线移动互联设备还包括一电磁隔离件1,用于将所述壳体103内部空间分割为上下两层的第一内部空间100和第二内部空间101。所述射频电路11、基带信号处理单元16、控制单元13、存取器14及电源电路15整合在一PCB板上且设置所述壳体103的第二内部空间101内,所述多天线组件2设置于所述壳体103的第一内部空间100,并且分别通过同轴线105连接至射频电路11。这样将电路部分(包括射频电路11、基带信号处理单元16、控制单元13、存取器14及电源电路15)与多天线组件2通过电磁隔离件1相互隔离,以防止多天线组件2被电路部分电磁干扰,使得多天线组件内置化与外置天线达到同样性能效果。
无线移动互联设备包括射频电路11、基带信号处理单元16、控制单元13、存取器14及电源电路15。存取器14可以包括一种或多种不同类型的存储设备,诸如硬盘驱动存储设备、非易失存储器(例如,闪存或其它电可编程只读存储器)、易失存储器(例如,静态或动态随机存取存储器)等。在基带信号处理单元12可用于无线移动互联设备的操作。基带信号处理单元16可以基于诸如微处理器和其它适合的集成电路。采用一种适合的布置,存取器14储存的软件可被用于无线移动互联设备上的软件,诸如GPRS协议等,用于控制射频功率放大器和其它射频收发器电路的控制功能等。
射频电路11可以包括由一个或多个集成电路形成的射频(RF)收发器电路、功率放大器电路、低噪声输入放大器、无源RF组件、一个或多个天线以及用于处理RF无线信号的其它电路。还可以使用光发送无线信号(例如,使用红外线通信)。
在其他实施方式中,所述射频电路11还可包括处理用于WiFi(IEEE 802.11)通信的2.4GHz和5.8GHz频带以及2.4GHz蓝牙通信频带的收发器电路。射频电路11还可以包括蜂窝电话收发射频电路,用于处理蜂窝电话频带的无线通信,例如850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz的GSM频带以及2100MHz的数据频带(作为例子)。如果需要,所述射频电路11可以包括用于其它短距离和长距离无线链路的电路。例如射频电路11可以包括全球定位***(GPS)接收机设备、北斗天线、用于接收射频和电视信号的无线电路、呼叫电路等。在WiFi以及蓝牙链路和其它短距离无线链路中,一般使用无线信号在几十或几百英尺的范围内传送数据。在蜂窝电话链路或其它长距离链路中,一般使用无线信号在几千英尺或数英里的范围内传送数据。
参阅图2,是多天线组件一实施方式的模型图;所述多天线组件2包括一反射介质表面9、固定所述反射介质表面9一侧的至少一隔离器12及至少两天线单元10。
所述反射介质表面9用于反射所述多天线组件2使用的无线电波。其中使用的无线电波是指包括多线组件中每一天线单元产生的电磁波或者在每一天线单元接收的电磁波。在一些实施例中,所述反射介质表面9设置在电磁隔离件1表面上,所述反射介质表面9可以采用铜或其它导电材料制成,反射介质表面9可以一个非平面的表面。可以理解地是,反射介质表面9可以具有不连续的点,如反射介质表面9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。
在本实施例中,电磁隔离件1由金属材料制成,即导电金属材料制得的电磁隔离件1表面成为所述反射介质表面9。在其他实施方式中,所述电磁隔离件1可以选择双面覆铜箔的介质基板加工形成,所述铜箔构成所述反射介质表面9。反射介质表面9只要由导电材料制成即可,其形状不做限定。反射介质表面可以为具有几何图案的导电微结构,所述导电微结构的尺寸小于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。
参阅图3,是多天线组件下侧的平面图。反射介质表面9和电磁隔离件1分别开设多组穿孔30、第一类固定孔31及第二类固定孔32。在本实施方式中,所述第一类固定孔31对称地且成对地分布所述每一组穿孔30的两侧。所述每一天线单元11通过每一对第一类固定孔31固定所述反射介质表面9上。所述隔离器12通过第二类固定孔32固定所述反射介质表面9上。
在本实施方式中,所述隔离器12安装于所述多个天线单元10a、10b及10c的中央位置。在其他实施方式中,所述隔离器12的位置安装位置是可变化的。所述隔离器12与所述反射介质表面9电气耦合关联。所述隔离器12包括三个引脚41,所述三个引脚41分别插接于三个所述第二类固定孔32中,且每一引脚41与所述反射介质表面9短接。所述至少一隔离器12用于将所述多天线组件2中的每一天线单元10a、10b或10c分别所使用的无线电波相互隔离。即,当天线发射电磁波时,所述隔离器12同时还用作每一个天线单元11的反射器。可以理解的是,所述隔离器12可以为多个,且由铜、铝或其他导电材料制成。在本发明中,所述隔离器12的随着需要设计各式各样。在本实施例中,所述隔离器12包括三个相互张开120度角的臂,每一臂的外侧形成一定切角,以将所述反射介质表面9上部立体空间划分成三等份立体空间。在其他实施方式中,所述隔离器12的每一臂上开设至少一条缝隙51,节省材料的同时不影响隔离效果,如图5所示。
参阅图4,多天线组件第三实施方式的模型图。多天线组件2的每一天线单元10包括一介质基板3和设置于所述介质基板3表面天线导体36。
介质基板在8GHz频率下工作,具有小于0.04的电损耗正切值。优选介质基板在2.4GHz和/或5.8GHz频率下工作,且在该频率下均具有小于0.009的电损耗正切值。介质基板可以是环氧树脂板、聚四氟乙烯板、铁氟龙板、无卤素板、罗杰斯高频板或陶瓷板。当然,介质基板也可为由两种或两种以上材料组成的复合材料板,例如为纤维布以及环氧树脂的交联反应化合物。优选介质基板包括玻纤布、环氧树脂及包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。
在本实施方式中,所述天线单元10的介质基板3一端凸设一对固定脚21。所述固定脚21伸入所述第一类固定孔31中以将天线单元10固定于所述反射介质表面9上方。
所述天线导体36包括一馈电部5、信号线4、发射台6及开口耦合环7。所述发射台6设置于所述开口耦合环7内且对应着所述开口耦合环7的开口处,所述信号线4一端穿过所述开口耦合环7的开口与发射台6成一体设置,所述信号线4一端设置所述开口耦合环7外且与所述馈电部5相连。在本实施方式中,所述射频电路11待发射信号通过同轴线105传送至馈电部5,所述同轴线105穿过所述穿孔30电连接至馈电部5。
基于天线设计要求,所述天线导体36适合设计成定向辐射导体,如参见图6所示的为多天线组件第三实施方式的模型图。本实施方式中的天线导体36包括一馈电部5、信号线4、发射台6及闭合耦合结构7,所述闭合耦合结构7由“口”字状拓扑结构内嵌套“山”字状拓扑结构形成该复合拓扑结构。所述信号线4沿着所述该复合拓扑结构边缘设置,且在末端形成所述发射台6。
请一并参考图7和8,多天线组件应用另一天线单元的平面示意图和发射台长短是可变的说明性示意平面图。本实施方式中的天线导体36包括一馈电部5、信号线4、发射台6及闭合耦合结构7。所述闭合耦合结构7为一互补式开口谐振环拓扑结构。所述发射台6电连接所述闭合耦合结构7(图7所示)或耦合关联所述闭合耦合结构7(图8所示)。
请参考图9,为本发明天线导体36的闭合耦合结构7拓扑示意图。不同的拓扑结构在根据CST、HFSS等仿真软件更改拓扑结构整体的长度d、宽度w及拓扑结构线与线之间的间距s这些参数,同时拓扑结构布线形成螺旋线的圈数g,图9所示的螺旋线的圈数g为2。通过调节上述参数来实现设计目标天线,使得影响天线导体36的参数得到优化。另外,天线导体36的信号线4长度、宽度、接地单元的面积大小也是开发设计天线的参数变量,因此根据目标的谐振频段、方向性、增益等天线指标调节上述参数,以实现目标天线性能指标。
为了满足天线开发设计要求,开发出不同形状的拓扑结构以适应天线设计需求,请参考图10至图14所示不同形状的拓扑结构,这些所述拓扑结构采用各种人工电磁材料中的拓扑结构及其衍生结构。如所述拓扑结构可选用互补式的开口谐振环拓扑结构(如图10a、10b所示),即如图10a、10b所示两种拓扑结构的形状形成互补。此种设计等效于增加了天线物理长度(实际长度尺寸不增加),这样可以使得天线开发有利于小型化。
图10a和10b所示拓扑结构相互形成一对互补式的开口谐振环拓扑结构。其中图10b所示的拓扑结构为开口谐振环拓扑结构,图10a为图10b所示的拓扑结构的互补式拓扑结构。所述拓扑结构还可选用如图11a和11b所示的一对互补式螺旋线拓扑结构、如图12a和12b所示的一对互补式弯折线拓扑结构、如图13a和13b所示的一对互补式的开口螺旋环拓扑结构及如图14a和14b所示的一对互补式的双开口螺旋环拓扑结构。
闭合耦合结构7的拓扑结构可以由一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的拓扑结构。衍生分为两种,一种是几何形状衍生,另一种是扩展衍生。此处的几何形状衍生是指功能类似、形状不同的结构衍生,例如由方框类结构衍生开口曲线拓扑结构、开口三角形拓扑结构、开口多边形拓扑结构及其它不同的多边形类结构,以图10a所示的开口谐振金属环结构为例,图15为其几何形状衍生示意图。由如以图10b所示的开口谐振金属环结构为例,图16为其几何形状衍生示意图。除上述两种从几何形状上衍生外,还包括对拓扑结构自身延伸衍生,请参考图17所示金属衍生方式,以图10b所示的开口谐振金属环结构为进行自身延伸衍生方式。
上述扩展衍生即在图10至图14的拓扑结构的基础上相互复合叠加形成拓扑结构;此处的复合是指,如图10至图14所示的至少两个拓扑结构复合叠加形成一个复合拓扑结构。如图18a所示的复合拓扑结构是由三个如图10b所示互补式开口谐振环拓扑结构复合嵌套形成。从而由如图18a所示的拓扑结构得到一种互补式的复合拓扑结构(如图18b所示)。
所述天线导体包括的一馈电部5、信号线4、发射台6及闭合耦合结构或开口耦合结构通过激光雕刻技术和蚀刻技术中任意一种设置于所述介质基板的表面上。本发明的天线单元还可为金属天线振子,及镂空有天线结构的金属片。天线单元还可以是弹簧振子等。
所述多天线组件包括一个公共的反射面及设置所述公共的反射面若干天线单元,然后将若干天线单元相互进行隔离。使得所述多天线组件基于所应用的无线数据收发控制方式实现空间复用、空间分集、波束赋形等类型高数传输率性能。从而提供一种基于IEEE 802.11a/g/b/n/ac等协议的无线高速移动互联网设备、***及子***天线组件。
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。