吸顶天线技术领域
本发明涉及无线通讯设备领域,更具体地说,涉及一种全向性的吸顶天线。
背景技术
吸顶天线是移动通信系统天线的一种,主要用于室内信号覆盖。室外信号
覆盖用的都是板状天线,功率大,信号强,覆盖远;相对来讲,室内覆盖,比
如会场、宾馆、写字楼、电影院、住宅楼内等,需要采用室内分布式系统来覆
盖,就采用吸顶天线,覆盖一层楼内即可。
但是在室内,由于建筑物材料固有的屏蔽作用,增加了无线信号的穿透损
耗,影响了网络的信号接收和通话质量。如隔墙的阻挡5~20dB、楼层的阻挡
20dB以上、家具及其它障碍物的阻挡2~15dB。如何提高信号的穿透性,且覆
盖全向性好,并减少信号之间的干扰,是吸顶天线的研究重点。
发明内容
针对上述技术问题,本发明提供一种全向性优越、天线干扰少的吸顶天线。
一种吸顶天线,包括:
上盖,具有容纳空间,所述容纳空间一端开口;
下盖,盖在所述开口上封闭所述容纳空间;
多天线组件,设置于所述容纳空间内;
所述多天线组件包括:
第一反射介质表面,用于反射所述多天线组件使用的、频率在第一频段范
围内的无线电波;
至少两个第一天线单元,均设置于所述第一反射介质表面上;
至少一个第一隔离器,设置于所述第一反射介质表面上且与其电气耦合关
联,用于将每一所述第一天线单元所使用的无线电波分别相互隔离;
第二反射介质表面,用于反射所述多天线组件使用的、频率在第二频段范
围内的无线电波;
至少两个第二天线单元,均设置于所述第二反射介质表面上;
至少一个第二隔离器,设置于所述第二反射介质表面上且与其电气耦合关
联,用于将每一所述第二天线单元所使用的无线电波分别相互隔离;
支撑件,连接所述第一反射介质表面和第二反射介质表面,并将二者间隔
设置。
进一步地,所述每一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1GHz频率下工作,具有不大于0.0002的电
损耗正切量。
进一步地,所述天线导体包括一馈电部、信号线、发射台、开口耦合环和
接地板;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,所述信号线穿过所述开口耦合环的开口且一端与发射台成一体设置另一端
与所述馈电部相连,所述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。
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,
所述闭合耦合结构具有复合拓扑结构,所述信号线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。
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,所述闭合耦合结构为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,所述下盖上设有至少两个定位柱和至少两个内螺纹柱,所述第
一反射介质表面上分别设有对应数量的定位孔和对应数量的通孔,每个定位柱
穿过一个定位孔从而将下盖与第一反射介质表面定位,一螺栓穿过一通孔和一
内螺纹柱从而将下盖与第一反射介质表面装配固定。
进一步地,所述第二反射介质表面、第二天线单元和第二隔离器构成的整
体的尺寸小于第一反射介质表面、第一天线单元和第一隔离器构成的整体的尺
寸。
相比较现有的吸顶天线,本发明的吸顶天线采用特殊的多天线组件,该多
天线组件包括两个反射介质表面,分别反射两个不同频段的无线电波;同时设
置在每个反射介质表面上的第一天线单元和第二天线单元也分别通过第一隔
离器、第二隔离器分隔开,从而它们各自的无线电波相互进行隔离,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。
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为本发明吸顶天线的结构示意图;
图2为图1所示吸顶天线的零件爆炸图;
图3为图2所示爆炸图的局部放大图;
图4是图1至图3中吸顶天线的多天线组件的结构示意图;
图5为图4所示多天线组件中一天线单元的平面示意图;
图6是另一天线单元的平面示意图;
图7为图6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8为图6所示天线导体长和宽是可变的说明性示意平面图;
图9a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9b为图9a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10a为本发明天线单元包含的一种螺旋线拓扑结构平面图;
图10b为图10a所示螺旋线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弯折线拓扑结构的平面图;
图11b为图11a所示弯折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开口螺旋环拓扑结构的平面图;
图12b为图12a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13a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13b为图13a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14为图9a所示开口谐振环拓扑结构几何形状衍生示意图;
图15为图9b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16为图9b所示互补式开口谐振环拓扑结构衍生示意图;
图17a为图9b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17b为图17a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、图2,为本发明吸顶天线的结构图。吸顶天线包括帽子形的
上盖1、平板形的下盖2、多天线组件、信号线以及安装紧固件。上盖1具有
一端开口的容纳空间,下盖2盖在所述开口上封闭该容纳空间,多天线组件即
位于容纳空间内。安装紧固件包括空心的螺栓11和螺母,螺栓11穿过下盖将
安装到墙面上,螺母用来锁紧定位。信号线一端与多天线组件电连接,另一端
从螺栓11中间的通孔穿过后与墙面外的外部模块连接。
参阅图2、图4,是多天线组件的模型图;所述多天线组件2包括第一反
射介质表面9、固定在第一反射介质表面9一侧的至少一个第一隔离器12及
至少两个第一天线单元10,还包括第二反射介质表面90、固定在第二反射介
质表面90一侧的至少一个第二隔离器120及至少两个第二天线单元100,还
包括支撑件33,其连接第一、第二反射介质表面并将二者间隔开一定距离。
第一反射介质表面9用于反射所述多天线组件2使用的频率在第一频段范
围内的无线电波。其中,使用的频率在第一频段范围内的无线电波是指每个第
一天线单元10产生的电磁波或者每个第一天线单元10接收的电磁波,第一频
段即第一天线单元10产生或接收的电磁波的频率范围。在一些实施例中,第
一反射介质表面9设置在电磁隔离件1表面上,所述第一反射介质表面9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,第一
反射介质表面9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。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表面成为所述第一反射介质表
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,所述铜箔构成所述第一反射介质表面9。
本实施例中,第一隔离器12通过插槽的方式插入第一反射介质表面9而
与其安装固定。当然,第一隔离器12的安装方式也可以采用其他方式,例如
引脚插接式、焊接等。同时,第一隔离器12的位置可以是固定的,也可以调
节,例如在第一反射介质表面9设置多组插槽,可根据实际需要将第一隔离器
12插入不同的插槽内以改变安装位置,等。第一隔离器12与第一反射介质表
面9电气耦合关联,并与第一反射介质表面9短接,用于将每个第一天线单元
10分别所使用的第一频段的无线电波相互隔离。即,当天线发射电磁波时,
第一隔离器12同时还用作每一个天线单元10的反射器。可以理解的是,所述
第一隔离器12可以为多个,且由铜、铝或其他导电材料制成。在本发明中,
所述第一隔离器12随着需要设计各式各样。在本实施例中共有三个第一隔离
器12,共同构成三个相互张开120度角的臂,每一臂的外侧形成一定切角,
以将所述第一反射介质表面9上部立体空间划分成三等份立体空间。
参阅图5,每个第一天线单元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。
介质基板3在1GHz频率下工作,具有≤4.0的标称介电常数和≤0.0002
的电损耗正切量。所述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。所述介质基板第一类实施方式如下:
所述介质基板制作工艺如下:首先,提供一浸润溶液包括:第一组份,包
含有环氧树脂;第二组份,包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物;及一
种或者多种溶剂。其中第一组份和第二组份按照一定比例配置混合。
所述浸润溶液经过搅拌后、将所述一玻纤布浸润所述浸润溶液中使第一组
份与第二组份吸附在玻纤布中或者表面上;然后烘拷所述玻纤布使所述一种或
者多种溶剂挥发,并使第一组份与第二组份相互化合交联形成半固化片或者固
化片。半固化片是指将吸附第一组份与第二组份的玻纤布在烘拷温度相对较低
环境中,第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物部分发生化合交联反应
的软性混合物。固化物是指将吸附第一组份与第二组份的玻纤布在烘拷温度相
对较高环境中,第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物部分发生化合交
联反应的相对较硬的混合物。
在本实施方式中,所述浸润过的玻纤布通过低温烘烤形成半固化物(呈片
状),然后所述半固化物剪裁成剪裁片,根据厚度需要将所述多片剪裁片叠合
并进行热压成本实施所述的多层介质基板(即多层层压板或片)。
在具体的实施例中,所述第二组份的化合物可选用包含由极性高分子与非
极性高分子化合的共聚物,如苯乙烯马来酸酐共聚物。可以理解的是,可以与
环氧树脂发生化合交联反应的共聚物均可用于本实施方式的配方成份。其中本
实施方式的苯乙烯马来酸酐共聚物,其分子式如下:
在上述苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含4个苯乙烯。在其他实施方式
中,可以选择相应分子量,如苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含6、8个苯
乙烯或者任意个数。环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有
机高分子化合物。
在其他的实施例中,所述第二组份的化合物还可以选用氰酸酯预聚体或者
选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例混合的混合物。
在具体的实施例中,所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物按照官能值的
比例进行配制,然后加入一定量的溶剂配成溶液。所述环氧树脂与苯乙烯马来
酸酐共聚物混合工艺采用常规设备进行加工,如普通搅拌桶以及反应釜使环氧
树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合,从而使所述溶液中的环氧树脂与苯乙
烯马来酸酐共聚物均匀混合。
在具体的实施例中,通过加入一定的促进剂促使上述浸润溶液200-400秒
时间内胶化(选用胶化环境温度171℃),其中促进上述浸润溶液胶化时间260
秒左右(如258-260秒、或250-270秒等)效果较好。所述促进剂可选用包括
但不限于叔胺类,咪唑类以及三氟化硼单乙胺中的任意一类或他们之间混合
物。
所述一种或者多种溶剂可以选用包括但不限于丙酮、丁酮、N,N-二甲基
甲酰胺、乙二醇甲醚、甲苯中任意一种或上述两种以上溶剂之间混合形成的混
合溶剂。
在另一实施例中,所述浸润溶液包括:第一组份,包含环氧树脂;第二组
份,包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物;及一种或者多种溶剂。所述
第二组份的化合物选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例
混合的混合物。其中所述氰酸酯预聚体浓度75%。促进剂选用二甲基咪唑;所
述溶剂选用丁酮。通过上述配方及其制造工艺制成本发明所述介质基板3,从
而提高天线导体的辐射效率。
如图5所示,所述天线导体包括一馈电部5、信号线4、发射台6、开口
耦合环7及接地板8。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穿过所述开口耦合环7的开口,一端与
发射台6成一体设置,另一端与馈电部5相连。接地板8以一定间隔地位于开
口耦合环7外侧且正对着其开口。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穿过第一反射介质表面
9电连接至馈电部5。
请一并参考图6和7,分别为一引脚插接式的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。这一实施方式中,天线导体包括一馈电
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6所示)
或耦合关联所述闭合耦合结构7(图7所示)。
请参考图8,为本发明天线导体的闭合耦合结构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
也可以调整,图8所示的螺旋线的圈数为2。通过调节上述参数来实现设计目
标天线,使得影响天线导体的参数得到优化。另外,天线导体的信号线4长度、
宽度、接地板8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9至图13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9a、9b所示),即如图9a、9b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9a和9b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9b所示的拓扑结构为开口谐振环拓扑结构,图9a为图9b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10a和10b所示的一对互补
式螺旋线拓扑结构、如图11a和11b所示的一对互补式弯折线拓扑结构、如图
12a和12b所示的一对互补式的开口螺旋环拓扑结构及如图13a和13b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9a所示的开口谐振金属环结构为例,图14
为其几何形状衍生示意图。由如以图9b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。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16所示金属衍生方式,以图9b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9至图13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9至图13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17a所示的复合拓扑结构是由三个如图9b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17a所示的拓扑结构得
到一种互补式的复合拓扑结构(如图17b所示)。
组阵是指上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
任意一种拓扑结构通过在一平面上以一定间距阵列排布。闭合耦合结构7的拓
扑结构可以是这种阵列后得到的拓扑结构。
所述天线导体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。
上述对第一反射介质表面9、第一天线单元10、第一隔离器12的描述,
分别适用于第二反射介质表面90、第二天线单元100、第二隔离器120,即它
们是一一对应相同的,只是后者构成的上层结构的尺寸明显小于前者构成的下
层结构的尺寸,因而所使用的无线电波的频率不同,即第二天线单元10接收
和产生的电磁波的频率在第二频段范围内,而二个不同频段的电磁波通过第二
反射介质表面90而分隔开,从而有效减小不同频段电磁波之间的相互干扰。
对于每层结构里的多个天线单元所使用的电磁波,则通过每层对应的第一隔离
器12或第二隔离器120来分隔,减小相邻天线单元之间的影响,有利于提高
全向性。
另外,本发明在结构设计上除了对多天线组件的结构分布做了改进以外,
还对吸顶天线的整体封装和定位做了改进。如图2、图3所示,为了安装第一
介质反射表面9上开设有四个通孔92,下盖2的对应位置上设有四个具有一
定高度的内螺纹柱22,一螺栓穿过一个通孔92和与其对应的内螺纹柱22装
配锁紧,即可将第一介质反射表面9与下盖2固定。但由于在装第一个螺栓时
二者的相对位置不固定,不便于安装。因此,本发明的吸顶天线下盖2上,其
中两个内螺纹柱22旁分别设有两个高于内螺纹柱22的定位柱21,相应地,
在第一介质反射表面9上分别对应设有两个定位孔91。在安装之前,先将两
个定位柱21分别穿过两定位孔91且使得第一介质反射表面9停在内螺纹柱
22顶面上,再安装螺栓,就不会发生第一介质反射表面9相对于下盖2晃动
的问题。下盖2与上盖1之间也通过螺栓装配固定。
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 802.11n/e等协议的无线高速移动互联网设备、
系统及子系统天线组件。
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。