一種天線及小型化通信設備的制作方法

本發明涉及無線通信技術，尤其涉及一種天線及小型化通信設備。

背景技術：

天線是無線通信系統中最重要的部件之一。隨著移動通信技術的迅速發展和應用，現代通信設備逐漸向小型化、集成化、多功能的方向發展，而天線的尺寸是制約通信設備進一步小型化的瓶頸之一，因而設計小型化、集成化、多功能天線己成為當前研究的重點。

現有技術中，包括基站在內的通信設備通常使用分布式天線系統(DAS，distributed antenna system)，以獲得較好的信號覆蓋效果，但DAS體積過大，無法滿足通信設備對于天線小型化的要求。

技術實現要素：

本發明實施例提供了一種天線，體積小，覆蓋頻段廣。本發明實施例還提供了一種小型化通信設備。

第一方面，本發明實施例提供了一種天線，用于小型化通信設備，所述天線包括天線輻射單元；所述天線輻射單元包括位于同一中心軸上的高頻輻射單元與低頻輻射單元，其中，所述高頻輻射單元位于所述低 頻輻射單元中，所述高頻輻射單元通過隔離結構與所述低頻輻射單元隔離。

在第一方面的第一種可能的實現方式中，所述高頻輻射單元為對稱結構；所述低頻輻射單元為對稱結構。

結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式，第一方面的第二種可能的實現方式，所述低頻輻射單元包括低頻垂直電振結構組以及低頻水平磁振結構。

結合第一方面的第二種可能的實現方式，第一方面的第三種可能的實現方式，所述低頻水平磁振結構為對稱的N邊形環狀平面金屬結構或圓環狀平面金屬結構，其中，N邊形環狀平面金屬結構是指外輪廓為N邊形且內側為圓環狀的平面金屬結構，N為大于或等于3的整數。

結合第一方面的第二種可能的實現方式或第一方面的第三種可能的實現方式，第一方面的第四種可能的實現方式，所述低頻垂直電振結構組包括多個對稱設置的T型饋電結構。

結合第一方面的第二種可能的實現方式到第一方面的第四種可能的實現方式中的任意一種，第一方面的第五種可能的實現方式，所述低頻垂直電振結構組位于所述低頻水平磁振結構下方，且與所述低頻水平磁振結構之間存在間隙。

結合第一方面的第二種可能的實現方式到第一方面的第五種可能的實現方式中的任意一種，第一方面的第六種可能的實現方式，所述高頻輻射單元位于所述低頻輻射單元中，包括，所述高頻輻射單元位于所述低頻水平磁振結構下方，且在所述低頻垂直電振子組內側。

結合第一方面的第三種可能的實現方式到第一方面的第六種可能的實現方式中的任意一種，第一方面的第七種可能的實現方式，所述高頻輻射單元通過隔離結構與所述低頻輻射單元隔離，包括，所述高頻輻射單元與所述低頻輻射單元通過金屬墻與所述低頻輻射單元隔離，其中，所述金屬墻的形狀與所述低頻水平磁振結構組的形狀對應。

結合第一方面的第七種可能的實現方式，第一方面的第八種可能的實現方式，所述金屬墻與所述低頻垂直電振結構組平行，位于所述低頻垂直電振結構組的內側且在所述高頻輻射單元的外側；所述金屬墻的高度高于所述高頻輻射單元且低于所述低頻水平磁振結構。

結合以上任意一種可能的實現方式，第一方面的第九種可能的實現方式，所述高頻輻射單元包括高頻垂直電振結構組及高頻水平磁振結構。

結合第一方面的第九種可能的實現方式，第一方面的第十種可能的實現方式，所述高頻垂直電振結構組包括多個對稱設置的T型饋電結構。

結合第一方面的第九種可能的實現方式或第一方面的第十種可能的實現方式，第一方面的第十一種可能的實現方式，所述高頻水平磁振結構還包括引向片，所述引向片位于所述高頻水平磁振結構上方，且與所述高頻水平磁振結構之間存在間隙。

結合第一方面的第四種可能的實現方式或第一方面的第十種可能的實現方式，第一方面的第十二種可能的實現方式，所述T型饋電結構包括頂部的水平金屬圓盤以及與所述水平金屬圓盤垂直電氣相連的金屬棒狀結構。

第二方面，本發明實施例提供了一種小型化通信設備，包括第一方面中任意一種實施方式所述的天線。

本發明實施例提供了一種天線，包括天線輻射單元，該天線輻射單元包括位于同一中心軸上的高頻輻射單元與低頻輻射單元，其中，高頻輻射單元位于低頻輻射單元中，且通過隔離結構與低頻輻射單元隔離。該天線體積小，頻段覆蓋范圍廣，能夠提升小型化通信設備的信號覆蓋效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例提供的一種天線的正視圖；

圖2是本發明實施例提供的一種天線的結構示意圖；

圖3是本發明實施例提供的一種天線中的高頻輻射單元的結構示意圖；

圖4是本發明實施例提供的一種天線中的低頻輻射單元的結構示意圖；

圖5是本發明實施例提供的一種天線的輸入反射系數S11曲線圖；

圖6是本發明實施例提供的一種天線在多個頻段上的歸一化增益方向圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明實施例描述的技術方案，可適用于多種通信系統，包括2G、3G通信系統和下一代通信系統，例如全球移動通信系統(GSM，Global System for Mobile communications)，通用分組無線業務(GPRS，General Packet Radio Service)系統等2G通信系統；碼分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)系統，時分多址(TDMA，Time Division Multiple Access)系統，寬帶碼分多址(WCDMA，Wideband Code Division Multiple Access Wireless)等3G通信系統；長期演進(LTE，Long Term Evolution)系統以及LTE后續演進系統等。

本發明實施例提供的天線可以適用于多種需要進行信號收發的通信設備，例如可以在基站設備中使用，該基站設備可以作為蜂窩通信系統中的宏基站或者微基站。本發明實施例所述的基站設備可以是GSM系統中的基站收發臺(BTS，Base Transceiver Station)，WCDMA系統 中的節點B(Node B)、LTE通信系統中的演進型節點B(e-NodeB，evolved NodeB)或者LTE后續演進的通信系統中的類似設備、或者接入點(Access Point)等。具體地，本發明實施例提供的天線可以用于基站的射頻信號的收發，例如可以安裝于基站的發射機或射頻拉遠單元(RRU，remote radio unit)等裝置中。

由于體積小，本發明實施例提供的天線適用于小型化通信設備，例如可以作為室內小基站產品的天線使用。

圖1為本發明實施例提供的一種天線的正視圖。該天線可以作為小型化通信設備的天線使用。

可以理解，本發明實施例中所述的“多個”指的是兩個或兩個以上。

如圖1所示，該天線包括天線輻射單元11，天線輻射單元11包括位于同一中心軸13上的高頻輻射單元111與低頻輻射單元112，高頻輻射單元111位于低頻輻射單元112中，高頻輻射單元111通過隔離結構114與低頻輻射單元112隔離。

該天線還包括金屬地12，天線輻射單元11與金屬地12電磁耦合。

其中，該金屬地12為平面結構，所述金屬地的上下底面均覆蓋有介質層。

如圖1所示，高頻輻射單元111包括高頻垂直電振結構組1111及高頻水平磁振結構1112。

高頻垂直電振結構組1111與高頻水平磁振結構1112通過空氣介質電磁耦合。

可選地，高頻輻射單元11為對稱結構。

如圖1所示，低頻輻射單元112包括低頻垂直電振結構組1121以及低頻水平磁振結構1122。

低頻垂直電振結構組1121與低頻水平磁振結構1122通過空氣介質電磁耦合。

可選地，低頻輻射單元12為對稱結構。

需要說明的是，本發明實施例中所述的“對稱”是指，對稱或者基本對稱，包括軸對稱或者中心對稱或者完全對稱，或者基本為軸對稱或中心對稱或完全對稱。其中，基本對稱是指允許結構的對稱性存在一定范圍內的偏差，例如基本對稱的兩條邊長度不等，且允許長度偏差小于30％；以及，每兩個相鄰的兩條邊到中心的連線之間的夾角基本相等，例如允許相鄰兩條邊到中心位置的連線的夾角的偏差可以在30°以下。可以理解，在允許范圍內的上述長度偏差和夾角偏差的任意一種組合都落在本發明實施例的保護范圍內，上述允許的長度偏差或這夾角偏差不影響本發明技術方案的技術效果。

圖2是本發明實施例提供的一種天線的結構示意圖。如圖1及圖2所示，天線輻射單元11以金屬地12為參照面設置。具體地，高頻垂直電振結構組1111或低頻垂直電振結構組1121均與金屬地12垂直；高頻水平磁振結構1112或低頻水平磁振結構1122均平行于金屬地12。

如圖1及圖2所示，高頻輻射單元111位于低頻輻射單元112中，具體包括，高頻輻射單元111位于低頻水平磁振結構1122下方，且在低 頻垂直電振結構組1121內側。

可選地，當高頻輻射單元111位于低頻水平磁振結構1122的正下方時，中心軸13可以是連接高頻輻射單元111與低頻輻射單元112的中心位置的直線。中心軸13垂直于金屬地12。

可以理解，上述中心位置可以是高頻輻射單元111或低頻輻射單元112的幾何中心所在的位置。該幾何中心包括垂心、重心、內心、外心等數學意義上的位置，在同一個結構中，這幾類幾何中心可以是重合的，也可以是不重合的。本領域技術人員可以根據實驗或經驗選取合適的幾何中心處或幾何中心附近設計中心軸13，并以中心軸13為基準設置高頻輻射單元111與低頻輻射單元112，本發明實施例對此不做特別限定。

可選地，高頻輻射單元111的整體高度在30mm以下；低頻輻射單元112的整體高度在65mm以下；高頻輻射單元111的寬度在60mm以下，隔離結構114的寬度在110mm以下；低頻輻射單元112中的低頻水平磁振結構1122的直徑在116mm以下；低頻輻射單元112的整體寬度在126mm以下。

可選地，高頻輻射單元111的工作頻段在1.71GHz到2.69GHz之間；低頻輻射單元112的工作頻段在0.69GHz到0.96GHz之間。

可以理解，天線輻射單元11中各部件的尺寸和天線的工作頻段相關，例如，低頻輻射單元112的尺寸越大，工作頻段相對越低。

可選地，高頻垂直電振結構組1111包括多個對稱設置的T型饋電結構。

可選地，低頻垂直電振結構組1121包括多個對稱設置的T型饋電結構。

圖3是高頻輻射單元111的結構示意圖。圖4是低頻輻射單元112的結構示意圖。

如圖3及圖4所示，上述高頻垂直電振結構組1111或低頻垂直電振結構組1121中的T型饋電結構可以包括頂部的水平金屬圓盤以及與該水平金屬圓盤垂直電氣相連的金屬棒狀結構。其中，將T型饋電結構的頂部設計為水平金屬圓盤，可以拓寬駐波帶寬，保證耦合效果。

可以理解，上述金屬棒狀結構或水平金屬圓盤的形狀及尺寸可以根據天線性能需求進行適當的調整，本發明實施例對此不做任何限定。

T型饋電結構的數量可以根據天線部件的實際性能需求確定，考慮到天線的小型化要求，可以將T型饋電結構的數量配置為2根，3根或4根。此外，低頻垂直電振結構組1121中的T型饋電結構數量和高頻垂直電振結構組1111中的T型饋電結構數量可以相同，也可以不同。

可選地，高頻垂直電振結構組1111或低頻垂直電振結構組1121中的T型饋電結構的底部為探針，探針穿過金屬地12上的孔洞，該孔洞的面積大于探針的面積，即探針不與孔洞邊緣接觸。探針與孔洞之間形成空間結構，實現對電偶極子的電磁激勵。

可選地，低頻水平磁振結構1122可以是對稱的N邊形環狀平面金屬結構，其中，N邊形環狀平面金屬結構是指外輪廓為對稱的N邊形且內側為圓環狀的平面金屬結構，N≥3，N為整數。

作為一個示例，如圖3所示，低頻水平磁振結構1122為對稱的八邊形環狀平面金屬結構，即低頻水平磁振結構1122是外輪廓為對稱的八邊形且內側為圓環狀的平面金屬結構。

可選地，作為本發明的另一個實施例，低頻水平磁振結構1122也可以是圓環狀平面金屬結構。

低頻水平磁振結構1122的內側設計為圓環狀可以保證高頻輻射單元111正常輻射信號。

可以理解，低頻水平磁振結構1122內側的圓環的圓心可以在中心軸13上，也可以以中心軸13為基準平移一定距離，則內側圓環到外輪廓的相對側邊的距離可以相等，也可以不相等。以低頻水平磁振結構1122的外輪廓為對稱的四邊形為例，若內側的圓環的圓心位于該四邊形的中心位置，則圓環到外輪廓的各側邊的距離相等；若內側的圓環的圓心位于該四邊形的中心位置的上方，圓環相應地向上方平移了一定距離，則圓環到外輪廓到上側邊的距離小于到下側邊的距離。圓心向左側、右側、下側平移的情況類似，不再贅述。可以理解，圓環的位置平移不會影響整個低頻水平磁振結構1122是一個對稱的結構。

可選地，低頻水平磁振結構1122可以由一層金屬材料構成；也可以由多層金屬材料構成，且各層金屬材料間可以包含有介質填充材料。

圖中未示，低頻水平磁振結構1122可以通過絕緣結構件固定在金屬地上，例如采用塑料結構件固定。

低頻垂直電振結構組1121與低頻水平磁振結構1122通過空氣介質 實現電磁耦合。具體地，如圖2及圖4所示，低頻垂直電振結構組1121中的各個T型饋電結構的頂部在低頻水平磁振結構1122下方，且與低頻水平磁振結構1122存在間隙。該T型饋電結構的頂部的垂直投影與低頻水平磁振結構1122，即從俯視角度看，該T型饋電結構頂部的水平金屬圓盤有部分被低頻水平磁振結構1122遮擋，剩余部分則未被遮擋。可以理解，設置上述結構是為了保證低頻垂直磁振結構組1121和低頻水平磁振結構1122之間的耦合效果。通過調節上述水平金屬圓盤被低頻水平磁振結構1122遮擋的比例可以改變低頻垂直電振結構組1121和低頻水平磁振結構1122間的耦合情況，該遮擋的比例的具體值可以根據天線的性能需求，包括天線工作的頻段、駐波、以及方向圖增益等因素確定，本發明實施例對比不做特別限定。

作為本發明的一個實施例，高頻輻射單元111通過隔離結構14與低頻輻射單元112隔離，包括，高頻輻射單元111與低頻輻射單元112通過金屬墻與低頻輻射單元112隔離，其中，該金屬墻的形狀與低頻水平磁振結構1122的形狀對應。

例如，當低頻水平磁振結構1122是外輪廓為對稱的四邊形且內側為圓環狀的平面金屬結構時，該金屬墻為對應的四邊形結構；當低頻水平磁振結構1122是外輪廓為對稱的八邊形且內側為圓環狀的平面金屬結構時，該金屬墻為對應的八邊形結構；當低頻水平磁振結構1122是環形平面金屬結構時，該金屬墻為對應的圓形結構。

該金屬墻可以位于低頻垂直電振結構組1121的內側并在高頻輻射單元111的外側。

該金屬墻的高度大于高頻輻射單元111的整體高度，且低于低頻水平磁振結構1122。

該金屬墻可以高于或者低于低頻垂直電振結構組1121，或者與低頻垂直電振結構組1121等高，本發明實施例對此不做特別限定。

可選地，該金屬墻與低頻垂直電振結構組1121平行，即垂直于金屬地12。

可選地，該金屬墻中的相鄰墻面高度可以不相等，且間隔的墻面等高。以四邊形金屬墻為例，四個墻面順時針依次以a1，a2，a3，及a4表示，其中，a1與a3的高度相等，均為h1；a2和a4的高度相等，均為h2，h1與h2不相等。采用該形狀的金屬墻，可以保證高頻輻射單元111和低頻輻射單元112的方向圖增益。

本發明實施例中所述的隔離是指電氣隔離與近場隔離。其中，近場隔離是指對高頻輻射單元111的近場輻射場的隔離。采用本發明實施例提供的隔離結構14，例如金屬墻，可以形成一個包圍高頻輻射單元111的閉合結構，保證高頻輻射單元正常輻射，降低高頻輻射單元與低頻輻射單元向外輻射信號時的相互干擾，可以保證隔離度在-30分貝(dB)以下。

可選地，高頻水平磁振結構1112為上下表面均覆蓋或鍍有金屬層的介質板，該介質板可以是印刷電路板(PCB，printed circuit board)。

可選地，上述介質板上下表面的金屬層可以包括一層或多層金屬。若包含多層金屬，各層金屬間可以包含介質填充材料。

可選地，上述介質板具有漸變匹配性能，可以拓寬天線的駐波帶寬。

可選地，如圖3所示，高頻輻射單元111還包括安裝在高頻水平磁振結構1112上方的引向片，該引向片與高頻水平磁振結構1112之間存在間隙。

可選地，該引向片的形狀可以是圓形，且可以根據目標工作頻段確定引向片的具體尺寸，本發明實施例對此不做特別限定。

可選地，高頻輻射單元111還包括安裝在引向片上方的頂層圓片，頂層圓片的面積小于引向片。

使用頂層圓片或引向片可以提高天線的方向圖增益。其中，使用引向片可以使方向圖的波寬更窄更收斂。

可選地，如圖3所示，在高頻輻射單元111的中心位置安裝有金屬圓柱113，用于固定上述介質板、引向片、頂層圓片等部件，金屬圓柱113的下端固定在金屬低12上。可以理解，上述介質板、引向片、頂層圓片等部件的中心位置重合，即為高頻輻射單元111的中心位置。

本發明提供的天線的工作過程是，激勵源通過加載在金屬地12與高頻輻射單元111及低頻輻射單元112的T型饋電結構底部的空間結構實現對電偶極子的電磁激勵；同時，T形饋電結構的頂部通過空氣介質與水平磁振結構進行電磁耦合，通過上述二者的聯合作用，實現天線振子的電磁能量輻射。

本發明實施例提供的天線，包括天線輻射單元，該天線輻射單元包括位于同一中心軸上的高頻輻射單元與低頻輻射單元，其中，高頻輻射單元位于低頻輻射單元中，且通過隔離結構與低頻輻射單元隔離。該天線體積小，頻段覆蓋范圍廣，能夠提升小型化通信設備的信 號覆蓋效果。

以下將舉例說明本發明實施例提供的天線部件的應用效果。在該示例中，高頻輻射單元和低頻輻射單元通過對稱的八邊形金屬墻隔開。高頻垂直電振結構組以及低頻垂直電振結構組各包括4個T形饋電結構。低頻水平磁振結構由周對稱的八邊形環構成。

該天線中，高頻輻射單元的高頻水平磁振結構包括：頂層圓片、引向片、介質板。其中，引向片的半徑是22.16mm(毫米)，頂層圓片的半徑為26.3mm，介質層采用F4B材料，相對介電常數為2.65，損耗角正切為0.003，厚度為0.762mm；高頻垂直電振結構組包括4個T型饋電結構，每個T型饋電結構由頂部的水平金屬圓盤以及與該水平金屬圓盤垂直電氣相連的金屬棒狀結構組成，該金屬棒狀結構為高15.6mm，半徑為1.58mm的圓柱體，水平金屬圓盤的半徑為4.75mm，厚度為0.77mm。

該天線中，低頻輻射單元的低頻水平磁振結構組為八邊形環狀金屬平面結構，其中，該八邊形環狀結構的外邊是一個軸對稱的八邊形，該八邊形的一組邊長為41.2mm，另一組邊長為58.3mm，內環半徑為47.3mm。低頻垂直電振結構組包括4個T型饋電結構，每個T型饋電結構由頂部的水平金屬圓盤以及與該水平金屬圓盤垂直電氣相連的金屬棒狀結構組成，該金屬棒狀結構為高54mm，半徑為3.89mm的圓柱體，水平金屬圓盤的半徑為11.7mm，高度為2mm。

該天線中的金屬地為一個正方形平面結構，尺寸為275mm(長)*275mm(寬)*1.5mm(高)。

該天線的整體尺寸為275mm(長)*275mm(寬)*70mm(高)，可覆蓋0.69～0.96GHz(吉赫茲)、1.71～2.17GHz、2.4～2.69GHz等多個頻段。

上述天線的輸入反射系數S11曲線圖如附圖5所示。

圖6為上述天線的0.69GHZ、0.8GHz、0.96GHz、1.71GHz、1.88GHz、2.17GHz、2.4GHz、2.69GHz的歸一化增益方向圖。如圖5可見，在多個頻段上，本發明實施例提供的天線均能取得較好的方向圖增益。

本發明實施例還提供了一種小型化通信設備，包含本發明實施例中所述的天線，關于該天線的詳細描述可以參照本發明其他實施例的說明，在此不做贅述。

該小型化通信設備還可以包括與該天線相連接的射頻部分，與其他通信設備進行通信所用的通信端口、電源、基帶單元等裝置或部件，各裝置或部件的功能可以參照現有技術的描述，在此不做贅述。

該小型化通信設備可以是基站或具有基站功能的設備，例如室內小型化基站產品、室外小基站產品等，也可以是其他有小型化需求的通信設備，本發明實施例對此不做特別限定。

本發明實施例提供的小型化通信設備，采用的天線體積小，頻段覆蓋范圍廣，信號覆蓋效果佳。

本領域普通技術人員可以理解，本文中所公開的各種結構僅為示例性質。除了上述實施例中描述的內容之外，根據具體應用場合的需要，本發明公開的各種結構可以有適當變動。專業技術人員可以對每個特定 的應用來使用不同結構來實現，但是這種實現不應認為超出本發明的范圍。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。