CN103825106B - 多天线组件及其无线设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多天线组件，包括：至少一个第一天线单元，设置于所述第一安装底板的同一侧上；第一馈线，与所述第一天线单元电连接；馈线隔离器，设置在所述第一馈线***以避免信号干扰。为避免层间天线单元的馈线干扰，设置馈线隔离器，从而提高天线隔离度。

Description

多天线组件及其无线设备

技术领域

本发明涉及无线通讯设备领域，更具体地说，涉及一种全向性的多天线组件及其无线设备。

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/n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。现有的多天线组件即天线单元有多个时，天线单元之间非常容易干扰尤其是馈线受干扰，从而影响数据传输效率。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种多天线组件及其无线设备。

本发明的一种多天线组件，包括：

至少一个第一天线单元，设置于所述第一安装底板的同一侧上；

第一馈线，与所述第一天线单元电连接；

馈线隔离器，设置在所述第一馈线***以避免信号干扰。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一馈线位于所述第一安装底板的另一侧上，所述馈线隔离器位于所述第一馈线同一侧上并围在所述第一馈线外。

在本发明所述的多天线组件中，所述多天线组件还包括第二安装底板和设置在所述第二安装底板一侧上的至少一个第二天线单元。

在本发明所述的多天线组件中，所述第二天线单元位于第一安装底板和第二安装底板之间。

在本发明所述的多天线组件中，所述馈线隔离器两端分别安装在第一安装底板和第二安装底板上。

在本发明所述的多天线组件中，所述第二安装底板上设置有便于所述第一馈线穿过的通孔。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一天线单元有多个，所述第一馈线有相应多个，所述第二安装底板上为每根第一馈线分别开设有通孔。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一安装底板上设置有便于所述第一馈线穿过并与所述第一天线单元电连接的通孔。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一天线单元有多个，所述第一馈线有相应多个，所述第一安装底板上为每根第一馈线分别开设有一个通孔。

在本发明所述的多天线组件中，所述多天线组件还包括与所述第二天线单元电连接的第二馈线。

在本发明所述的多天线组件中，所述第二安装底板上设置有便于所述第二馈线穿过以与所述第二天线单元电连接的通孔。

在本发明所述的多天线组件中，所述第二天线单元有多个，所述第二馈线有相应多个，所述第二安装底板上为每根第二馈线分别开设有通孔。

在本发明所述的多天线组件中，所述馈线隔离器为金属管。

在本发明所述的多天线组件中，所述金属管为铜管。

在本发明所述的多天线组件中，所述馈线隔离器由至少一块隔离板围成，

所述隔离板包括介质基板和覆在所述介质基板表面上的反射层。

在本发明所述的多天线组件中，所述反射层为金属箔。

在本发明所述的多天线组件中，所述反射层为铜箔。

在本发明所述的多天线组件中，所述至少一块隔离板围成封闭的筒形或一面开口的半封闭形状。

在本发明所述的多天线组件中，所述馈线隔离器包括三块平板形隔离板围

成的“匚”字形结构，且每块隔离板上均覆盖有反射层。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一天线单元包括第一介质基板和附

着在所述第一介质基板上的第一天线导体。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一介质基板穿过第一安装底板而部分地位于所述第一安装底板、第二安装底板之间，所述第一介质基板的位于第一、第二安装底板之间的部分构成所述馈线隔离器的其中一块隔离板。

在本发明所述的多天线组件中，所述多天线组件还包括表面覆盖有反射层的第一天线隔离器。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一安装底板上装有多个第一天线单元，任意相邻两第一天线单元之间分别设有一个第一天线隔离器将相邻两第一天线单元所使用的无线电波隔离。

在本发明所述的多天线组件中，所述第二天线单元有多个，且在所述第二安装底板上围成一周，相邻两第二天线单元之间各设有一个馈线隔离器且该馈线隔离器的开口向外。

在本发明所述的多天线组件中，所述第二天线单元包括第二介质基板和设置于所述第二介质基板表面的第二天线导体。

在本发明所述的多天线组件中，所述第二天线导体包括第二馈电部、第二信号线、第二发射台、耦合板和第二接地板；所述耦合板有两个且分别位于所述第二发射台两侧，所述第二信号线一端与所述第二发射台成一体设置另一端与所述第二馈电部相连。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一天线单元包括第一介质基板和附着在所述第一介质基板上的第一天线导体。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一天线导体包括第一馈电部、第一信号线、第一发射台、开口耦合环和第一接地板；所述第一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，所述第一信号线一端与第一发射台成一体设置另一端与所述第一馈电部相连，所述第一接地板位于所述开口耦合环外部且正对着所述开口耦合环的开口。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一天线单元的尺寸不同于所述第二天线单元的尺寸。

在本发明所述的多天线组件中，所述第一天线单元的尺寸小于所述第二天线单元的尺寸。

本发明还涉及一种无线设备，包括壳体和设置于所述壳体内的上述的多天线组件。

在本发明所述的无线设备中，所述第一安装底板上覆盖有反射层，将所述壳体内部划分出两个独立的无线电波传播空间。

在本发明所述的无线设备中，所述第二安装底板上也覆盖有反射层。

相比较现有的多天线组件及其无线设备，本发明采用分层的方式排布天线单元以减少层间干扰，为进一步避免层间天线单元的馈线干扰，在第二安装底板和第一安装底板之间设置馈线隔离器，避免第一天线单元的馈线受到来自第二天线单元的干扰；同时，馈线隔离器还可作为相邻第二天线单元之间的隔离器避免相互干扰，从而提高天线隔离度。

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为本发明的多天线组件的俯视图；

图2为图1所示的多天线组件的立体结构图；

图3为图2所示的多天线组件的零件分解图；

图4为图2所示的多天线组件中第一天线单元与馈线隔离器的零件图；

图5是图2所示的多天线组件中第二天线单元的正视图；

图6为优选实施例中第一天线单元的尺寸示意图；

图7为优选实施例中第二天线单元的尺寸示意图；

图8为本发明的多天线组件的仿真结果图；

图9为图7所示第二天线单元的垂直面Phi＝90度的波瓣图；

图10为图7所示第二天线单元在Theta＝63度时的场型仿真图；

图11为图6所示第一天线单元的垂直面Phi＝90度的波瓣图；

图12为图6所示第一天线单元在Theta＝132度时的场型仿真图。

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。

本发明涉及一种多天线组件，多天线组件是指具有两个及两个以上天线单元而构成的结构，尤其指具有多个天线组的结构，每个天线组包括一个或多个天线单元，用于接收和发送某一个工作频段的无线电波；不同天线组所接收和发送的无线电波的工作频段不同，使得该多天线组件能够具有多个不同的工作频段，成为双频天线或多频天线，例如同时具有2.4GHz和5.8GHz工作频段的双频Wifi天线。不同天线组要具有不同的工作频段，其天线单元必然是不同的；对于同一个天线组内的多个天线单元，要具有相同的工作频段，此多个天线单元可以相同，也可以不同。不同天线单元具有相同工作频段，根据现有的天线设计原理，都是可以实现的，本文不再赘述。下面实施例中，为了简化设计，同一个天线组的天线单元都是完全相同的。

如图1、图2所示，本发明的多天线组件包括第二安装底板9、安装在第二安装底板9正面上的第二天线组、叠在第二安装底板9上且与之间隔设置的第一安装底板90、安装在第一安装底板90正面上的第一天线组。其中，第二天线组包括至少一个第二天线单元10，第一天线组包括至少一个第一天线单元100。第二安装底板9、第一安装底板90上均开设有通孔，每个第一天线单元100的第一馈线依次穿过第二安装底板9、第一安装底板90上的通孔后与相应的第一天线单元100电连接，为了避免第二天线单元10的辐射会干扰到第一天线单元100的第一馈线，因此针对每个第一馈线都设置有一个馈线隔离器12绕在馈线***，用以反射第二天线单元10的无线电波辐射。

本发明的多天线组件采用分层的结构方式来排布多个天线单元，当不同天线单元安装于不同层的安装底板上时，必然导致上层的天线单元的馈线要从下层经过从而受到下层天线单元辐射的干扰，而采用在每层之间为每个馈线***设置馈线隔离器，可以有效减少馈线干扰，提高整个多天线组件的使用性能。因此，本发明的多天线组件并不必然只有两层，如果是多层天线单元，只要是上面某一层的天线单元的馈线需要从下层经过才能达到上层、则在这两层的安装底板之间设置馈线隔离器，即属于本发明的保护范围之内，而不限定这两层安装底板之间是否还有其他一层或多层天线单元或者安装有其他零部件。

当然，本发明还包括只有一层的情况，即包括第一安装底板90和设置在第一安装底板90正面上的至少两个第一天线单元100，每个第一天线单元100都电连接有一个第一馈线，则优选第一馈线置于第一安装底板90的反面也即位于与第一天线单元100相背的另一侧，同时在每个第一馈线***设置馈线隔离器100。

馈线隔离器12可以是任意形状和结构，只要其具有用以反射第二天线单元10向第一馈线辐射过来的无线电波的反射层即可，可以是封闭结构例如圆筒形、方筒形等，也可以是一侧开口的半封闭结构，例如“匚”字形等。反射层优选为金属层，例如片状铜箔、网状铜箔等。

馈线隔离器12设置在第二安装底板9和第一安装底板90之间，还可起到支撑和固定两个底板相对位置的作用。优选通过支撑和固定，使得第二、第一安装底板9、90二者之间相互平行。

在一实施例中，馈线隔离器12为金属管，例如铜管，具有结构简单、反射性能好、全向反射的优点。

本实施例中，如图3、图4所示，馈线隔离器包括三块隔离板122依次两两垂直而围成的“匚”字形结构，其中两块隔离板122相互平行设置，且两块隔离板122表面上都覆盖有反射层121。连接两块平行隔离板122的位于中间的一块隔离板是由第一天线单元100的一部分构成的。结合图2、图3、图4可知，第一天线单元100包括第一介质基板30和附着在第一介质基板30表面上的第一天线导体。第一介质基板30从第一安装底板90穿过并延伸至第二安装底板9表面上并与之插接。位于第二安装底板9和第一安装底板90之间的这个第一介质基板部分构成了馈线隔离器12的中间那块隔离板，该第一介质基板部分的表面上也覆盖有反射层121。因此，三个隔离板上的反射层121也连成“匚”字形。

本实施例中，借用第一天线单元100的第一介质基板30来形成馈线隔离器12的一部分，节省了材料，减少了零部件数量和装配关系，可减少加工和装配误差，也可更简便地为第一天线单元100定位，一举多得。另外，采用半包围的“匚”形结构，而非全包围的“口”字形结构或圆筒形结构，在不影响反射效果的同时减少了反射层的用量，而反射层通常实用铜箔、铜片制成的，因此可降低物料成本。

要使半包围的“匚”形结构不影响反射效果，应该使该结构的开口朝向没有无线电波辐射的方向。因此，如图1至图3所示，第二天线组包括多个第二天线单元10，它们绕第二安装底板9中心围成一周，优选均匀分布，本实施例中，第二天线单元10有三个，均包括第二介质基板3和设置于第二介质基板3上的第二天线导体。三个第二介质基板3互成60度地设置。相邻两个第二天线单元10之间就设置有一个馈线隔离器12且该馈线隔离器12的“匚”字形结构开口向外(即第二安装底板中心向该馈线隔离器12延伸并向外的方向)。第一安装底板90上的与每个馈线隔离器12相对应的位置上分别设有一个第一天线单元100。

当然，当第二天线单元10和第一天线单元100的数量不相等时，并不必然相邻两第二天线单元10之间即设有一个馈线隔离器12，可能每两个第二天线单元10与两个天线单元之间10设置一个馈线隔离器12，或者按照其他随机方式间隔设置。只要一个第一天线单元10对应设有一个馈线隔离器12即可。

馈线隔离器12除了可以保护第一天线单元100的馈线免受第二天线单元10的辐射干扰，还可以对相邻的第二天线单元10之间的信号传输起到隔离的作用，之所以选用具有一定宽度和面积的隔离板122、在围住第一馈线的同时还余留有一定宽度的结构，而不选用口径可刚好容纳馈线的铜管等一类可减少耗材的结构，是因为通过第二天线单元10之间也需要隔离，从而形成各自的无线电波传播空间，提高整个天线的隔离度。

因此馈线隔离器12可同时作为第二天线单元10的隔离器，第一天线单元100之间也设置有第一天线隔离器120，如图1至图3所示，第一天线隔离器120成板状，且在板表面上覆盖有发射面，第一安装底板90上装有多个围成一周的第一天线单元100，每个第一天线隔离器120自这一周的中心径向向外延伸至任意相邻两第一天线单元100之间，将相邻两第一天线单元所使用的无线电波隔离。

本文中的反射层，是指能够反射无线电波的面层，通常为金属层，例如铜箔、铜镀层、银箔等，也可以是现有技术中其他任意能够反射无线电波的表面。图2至图4的结构示意图中，画有斜纹阴影的位置即为各个部件的反射层所在位置。

为了进一步增强隔离度，将第二天线单元10和第一天线单元100各自的无线电波隔离减少干扰，第一安装底板90的整个表面上也可设置有反射层，使得第一天线单元100的信号尽量少地进入到第二天线单元10所在的空间内。

当作为双频天线时，第二天线单元10和第一天线单元100只要不完全相同即可，本发明并不限定二者的天线导体的结构形状。

在本优选实施例中，如图5所示，第二天线单元10包括第二介质基板3和设置于第二介质基板3表面的第二天线导体，第二天线导体包括第二馈电部5、第二信号线4、第二发射台6、耦合板7和第二接地板8；所述耦合板7有两个且分别位于所述第二发射台6两侧，第二信号线4一端与第二发射台6成一体设置另一端与第二馈电部5相连，第二接地板8位于第二介质基板3底部，与第二安装底板9相接。

第一天线单元100如图4所示，包括第一介质基板30和附着在第一介质基板30上的第一天线导体。第一天线导体包括第一馈电部50、第一信号线40、第一发射台60、开口耦合环70和第一接地板80；第一发射台60设置于开口耦合环70内且对应着开口耦合环70的开口处，第一信号线40一端与第一发射台60成一体设置另一端与第一馈电部50相连，第一接地板80位于开口耦合环70外部且正对着所述开口耦合环70的开口。

本实施例中，第二天线单元10的尺寸如图7所示，单位为毫米(mm)，对单个的该第二天线单元10进行仿真，该第二天线单元10在2.4GHz的场型图如图9、图10所示。

第一天线单元100的尺寸如图6所示，单位为毫米(mm)，对单个的该第一天线单元100进行仿真，该第一天线单元100在5.8GHz的场型图如图11、图12所示。

由图9至图12可知，本发明的天线单元场型好，信号多集中在需要无线覆盖的区域，可有效提高该区域的增益，满足天线的设计要求。

显然，要获得较高的工作频段，第一天线单元100的尺寸小于第二天线单元10的尺寸，更确切来说，是第一天线单元100的第一天线导体的尺寸小于第二天线单元10的第二天线导体的尺寸。

采用三个相同的上述第二天线单元和三个相同的上述第一天线单元按照图1、图2所示的结构方式排布并装配上馈线隔离器和第一天线隔离器，且第一天线单元100的第一接地板到第二安装底板的高度基本上等于第二天线单元10的高度，每个第一天线单元100到整个多天线组件中心轴的距离为9mm，每个第二天线单元10到该中心轴的距离为18mm，第二安装底板为直径120mm的圆盘，表面均覆盖有铜箔的反射层，第一安装底板为直径36mm的圆盘，表面也都覆盖有铜箔的反射层。设定三个第二天线单元的编号分别为1、2、3，三个第一天线单元的编号分别为4、5、6，仿真测得这样的多天线组件其S参数结果如图8所示。

由图8可知，本发明的多天线组件，根据S11、S44曲线可知，该多天线组件在2.4GHz和5.8GHz附近都具有很好的反射率、损耗低，信号传输效率高；同时，S12、S13、S24等参数表明，各第二天线单元之间、第二天线单元与第一天线单元之间、各第一天线单元之间的隔离度很好，损耗基本都在-30dB以下。

基于上述优势，本发明还涉及一种无线设备，即各种需要用到无线电波信号传输的设备，例如吸顶天线、Wifi无线路由器、电视机顶盒等。该无线设备包括壳体和设置于该壳体内的上述多天线组件，其中第一安装底板上覆盖有反射层，且优选第一安装底板的尺寸与所在位置的壳体内轮廓相适配，从而将壳体内部划分出两个独立的无线电波传播空间。当无线设备为吸顶天线，优选第二安装底板上也覆盖有反射层。

本发明的多天线组件，由于采用分层的方式排布天线单元，为了避免层间天线单元的馈线干扰，在第二安装底板和第一安装底板之间设置馈线隔离器，避免第一天线单元的馈线受到来自第二天线单元的干扰；同时，馈线隔离器还可作为相邻第二天线单元之间的隔离器避免相互干扰，从而提高天线隔离度；而第一安装底板表面可铺设反射层，从而隔离第二天线单元和第一天线单元的无线电波信号，使二者所使用的不同频段相互隔离，进一步提高隔离度；第一天线单元直接穿过第一安装底板而成为馈线隔离器的一部分，节省材料还可简化安装过程。

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 (28)

1.一种多天线组件，其特征在于，包括：

至少一个第一天线单元，设置于第一安装底板的同一侧上；

第一馈线，与所述第一天线单元电连接；

馈线隔离器，设置在所述第一馈线***以避免信号干扰；所述馈线隔离器由至少一块隔离板围成，所述隔离板包括介质基板和覆在所述介质基板表面上的反射层；所述至少一块隔离板围成封闭的筒形或一面开口的半封闭形状；所述馈线隔离器包括三块平板形隔离板围成的“匚”字形结构，且每块隔离板上均覆盖有反射层；

所述多天线组件还包括第二安装底板和设置在所述第二安装底板一侧上的至少一个第二天线单元；所述第二天线单元位于第一安装底板和第二安装底板之间；所述馈线隔离器两端分别安装在第一安装底板和第二安装底板上。

2.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述第一馈线位于所述第一安装底板的另一侧上，所述馈线隔离器位于所述第一馈线同一侧上并围在所述第一馈线外。

3.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述第二安装底板上设置有便于所述第一馈线穿过的通孔。

4.根据权利要求3所述的多天线组件，其特征在于，所述第一天线单元有多个，所述第一馈线有相应多个，所述第二安装底板上为每根第一馈线分别开设有通孔。

5.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述第一安装底板上设置有便于所述第一馈线穿过并与所述第一天线单元电连接的通孔。

6.根据权利要求4所述的多天线组件，其特征在于，所述第一天线单元有多个，所述第一馈线有相应多个，所述第一安装底板上为每根第一馈线分别开设有一个通孔。

7.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述多天线组件还包括与所述第二天线单元电连接的第二馈线。

8.根据权利要求7所述的多天线组件，其特征在于，所述第二安装底板上设置有便于所述第二馈线穿过以与所述第二天线单元电连接的通孔。

9.根据权利要求8所述的多天线组件，其特征在于，所述第二天线单元有多个，所述第二馈线有相应多个，所述第二安装底板上为每根第二馈线分别开设有通孔。

10.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述馈线隔离器为金属管。

11.根据权利要求10所述的多天线组件，其特征在于，所述金属管为铜管。

12.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述反射层为金属箔。

13.根据权利要求12所述的多天线组件，其特征在于，所述反射层为铜箔。

14.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述第一天线单元包括第一介质基板和附着在所述第一介质基板上的第一天线导体。

15.根据权利要求14所述的多天线组件，其特征在于，所述第一介质基板穿过第一安装底板而部分地位于所述第一安装底板、第二安装底板之间，所述第一介质基板的位于第一、第二安装底板之间的部分构成所述馈线隔离器的其中一块隔离板。

16.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述多天线组件还包括表面覆盖有反射层的第一天线隔离器。

17.根据权利要求16所述的多天线组件，其特征在于，所述第一安装底板上装有多个第一天线单元，任意相邻两第一天线单元之间分别设有一个第一天线隔离器将相邻两第一天线单元所使用的无线电波隔离。

18.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述第二天线单元有多个，且在所述第二安装底板上围成一周，相邻两第二天线单元之间各设有一个馈线隔离器且该馈线隔离器的开口向外。

19.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述第二天线单元包括第二介质基板和设置于所述第二介质基板表面的第二天线导体。

20.根据权利要求19所述的多天线组件，其特征在于，所述第二天线导体包括第二馈电部、第二信号线、第二发射台、耦合板和第二接地板；所述耦合板有两个且分别位于所述第二发射台两侧，所述第二信号线一端与所述第二发射台成一体设置另一端与所述第二馈电部相连。

21.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述第一天线单元包括第一介质基板和附着在所述第一介质基板上的第一天线导体。

22.根据权利要求21所述的多天线组件，其特征在于，所述第一天线导体包括第一馈电部、第一信号线、第一发射台、开口耦合环和第一接地板；所述第一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，所述第一信号线一端与第一发射台成一体设置另一端与所述第一馈电部相连，所述第一接地板位于所述开口耦合环外部且正对着所述开口耦合环的开口。

23.根据权利要求1所述的多天线组件，其特征在于，所述第一天线单元的尺寸不同于所述第二天线单元的尺寸。

24.根据权利要求23所述的多天线组件，其特征在于，所述第一天线单元的尺寸小于所述第二天线单元的尺寸。

25.一种无线设备，其特征在于，包括壳体和设置于所述壳体内的如权利要求1至24任一项所述的多天线组件。

26.根据权利要求25所述的无线设备，其特征在于，所述第一安装底板上覆盖有反射层，将所述壳体内部划分出两个独立的无线电波传播空间。

27.根据权利要求26所述的无线设备，其特征在于，所述第二安装底板上也覆盖有反射层。

28.根据权利要求25所述的无线设备，其特征在于，所述无线设备为无

线路由器、吸顶天线或电视机顶盒。