CN101316008A - 具有高隔离低相关特性的mimo移动终端多天线 - Google Patents

Abstract

具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线，本发明涉及无线通信领域，它解决了在比较小的空间内集成多个天线的问题。它的天线主体为双层介质结构，即上层介质和中间介质，其的上表面左右间隔贴附有形状大小相同的第一、二贴片，其的下表面设置有下地板，下地板的中心设置有哑铃型开口；第一馈电微带线和第二馈电微带线为第一馈电微带线组，另两个馈电微带线为第二馈电微带线组，两个馈电微带线组设置在上层介质和中间介质之间，并分别位于第一、二贴片的一侧，每个馈电微带线组中的馈电微带线之间相互垂直且不相交，并结构相互对称。它改善了天线间的隔离特性，降低了相关性，具有结构紧凑，易集成，占用空间小，可以用于MIMO移动终端，成本低廉。

Description

具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种应用于超3G/4G移动通信终端多输入多输出(multiinput multi-output，MIMO)系统的移动终端平面四单元天线。

背景技术

移动通信中的多输入多输出技术指的是利用多根发射天线和多根接收天线进行无线传输的技术，使用这种技术的无线通信系统即为多输入多输出系统。当天线相互之间有足够远的距离，各个发射天线到各个接收天线之间的信号传输可以看成是相互独立的，所采用的多个天线可以称为分立式多天线，如应用于空间分集的多个天线就是这种情况。如果各个天线相互之间相距很近，各个发射天线到各个接收天线之间的信号传输可以看成是相关的，所采用的多根天线称为集中式多天线，如智能天线中的天线阵列。在一般的智能天线技术中，只有发信机或者收信机配备多根天线，较为典型的是基站配备多根天线，因为一般认为在基站比移动电话更能承担额外的成本和空间。移动终端的空间环境往往散射体较为丰富，只需要0.5个波长就可以使天线获得充分的解相关。但考虑到移动终端尺寸的限制，要在比较小的空间内集成两个或四个天线，并非易事。

发明内容

本发明为了解决在比较小的空间内集成多个天线的问题，而提出的一种具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线。

本发明由第一贴片、第二贴片、第一馈电微带线、第二馈电微带线、第三馈电微带线、第四馈电微带线、天线主体和下地板组成；天线主体为双层介质结构，所述的天线主体由上层介质和中间介质组成，天线主体的上表面左右间隔贴附有形状大小相同的第一贴片和第二贴片，天线主体的下表面设置有下地板，下地板的中心位置设置有哑铃型开口；第一馈电微带线和第二馈电微带线为第一馈电微带线组，第三馈电微带线和第四馈电微带线为第二馈电微带线组，两个馈电微带线组设置在上层介质和中间介质之间，并分别位于第一贴片和第二贴片的一侧，每个馈电微带线组中的两个馈电微带线之间相互垂直且不相交，两个馈电微带线组的结构相互对称。

本发明的优点如下：

采用微带天线作为基本天线单元，易于加工制作，占用空间小。每个贴片的辐射单元的两条馈电微带线是相互垂直的，使得两天线可以分别工作于不同的极化方式。综合极化分集、空间分集等分集形式，满足了现存MIMO多天线对于极化纯度的要求。带有缺陷接地结构的天线下地板中间开有哑铃型的缝隙，可以等效为LC谐振电路，有效降低两辐射单元之间的互耦，改善了天线间的隔离特性，进而降低了相关性，提高系统的信道容量。本发明具有结构紧凑，易集成，占用空间小，可以用于MIMO移动终端，并且采用常规手段即可加工，成本低廉。

附图说明

图1为本发明的主视图；图2为本发明的俯视图；图3为具体实施方式三的结构示意图；图4为第一馈电微带线4、第二馈电微带线5、第三馈电微带线6和第四馈电微带线7位置结构示意图；图5为本发明的矩形哑铃型开口的下地板3的俯视图；图6为本发明的圆形哑铃型开口的下地板3的俯视图；图7为第一馈电微带线4所组成的第一天线单元的反射损耗曲线；图8为第二馈电微带线5所组成的第二天线单元的反射损耗曲线；图9为第一馈电微带线4所组成的第一天线单元和第二馈电微带线5所组成的第二天线单元之间的隔离度曲线；图10为第一馈电微带线4所组成的第一天线单元和第四馈电微带线7所组成的第四天线单元之间的隔离度曲线；图11为第一馈电微带线4所组成的第一天线单元和第三馈电微带线6所组成的第三天线单元之间的隔离度曲线；图12为第一馈电微带线4所组成的第一天线单元的水平极化方向图和垂直极化方向图；图13为第二馈电微带线5所组成的第二天线单元的水平极化方向图和垂直极化方向图；图14为第一馈电微带线4所组成的第一天线单元和第四馈电微带线7所组成的第四天线单元之间的相关系数曲线；图15为第一馈电微带线4所组成的第一天线单元和第二馈电微带线5所组成的第二天线单元之间的相关系数曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式由第一贴片1、第二贴片2、第一馈电微带线4、第二馈电微带线5、第三馈电微带线6、第四馈电微带线7、天线主体和下地板3组成；天线主体为双层介质结构，所述的天线主体由上层介质10和中间介质11组成，天线主体的上表面左右间隔贴附有形状大小相同的第一贴片1和第二贴片2，天线主体的下表面设置有下地板3，下地板3的中心位置设置有哑铃型开口9；第一馈电微带线4和第二馈电微带线5为第一馈电微带线组，第三馈电微带线6和第四馈电微带线7为第二馈电微带线组，两个馈电微带线组设置在上层介质10和中间介质11之间，并分别位于第一贴片1和第二贴片2的一侧，每个馈电微带线组中的两个馈电微带线之间相互垂直且不相交，两个馈电微带线组的结构相互对称。

具体实施方式二：结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于哑铃型开口9的两端为矩形或圆形结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。哑铃型开口9纵向开设在两贴片之间，可以等效为LC谐振电路，改善了天线间的隔离特性，进而降低了相关性，提高了系统的信道容量。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于第一贴片1和第二贴片2为矩形或“回”字形。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。第一贴片1和第二贴片2“回”字形用以减小贴片用量，获得更好的阻抗匹配特性，展宽带宽。

具体实施方式四：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于天线主体和下地板3的宽度W_g为30mm～60mm，长度为L_g。为80mm～120mm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于第一贴片1和第二贴片2的宽度w为25mm～55mm，长度为l为25mm～55mm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于第一贴片1和第二贴片2之间相邻边缘的距离s为20mm～40mm，其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于第一馈电微带线4和第四馈电微带线7的形状和大小相同，第一馈电微带线4和第四馈电微带线7的宽度g为0.4mm～2mm，长度为h为10mm～15mm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：  结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于第二馈电微带线5和第三馈电微带线6的形状和大小相同，第二馈电微带线5和第三馈电微带线6的宽度e为0.4mm～2mm，长度为f为7mm～13mm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。馈电微带线为50欧姆，为满足阻抗匹配的条件，可以通过调节微带线的长度和宽度来调节阻抗匹配。

方案三至方案八可以通过采用不同介电常数的基片来实现。

具体实施方式九：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于本实施方式中天线主体的上层介质10和中间介质11的介电常数为4.3，天线主体和下地板3的尺寸为L_g×W_g＝100mm×40mm，第一贴片1和第二贴片2之间的距离s＝62mm，第一贴片1和第二贴片2的尺寸均为l×w＝30.4mm×31mm，下地板3上的矩形哑铃型开口9尺寸为a＝16mm，b＝8.5mm，c＝0.4mm，d＝4mm，第一馈电微带线4和第四馈电微带线7的尺寸均为e×f＝13mm×0.4mm，第二馈电微带线5和第三馈电微带线6的尺寸均为g×h＝9mm×0.4mm，第一馈电微带线4和第四馈电微带线7中心距边缘的距离为n＝19mm，第二馈电微带线5和第三馈电微带线6中心距边缘的距离为m＝20mm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

根据上述参数我们可以得到以下参量，图7到图11表示各个馈电微带线4所组成的天线单元端口的在工作频段处的隔离度，图12表明第一馈电微带线4所组成的第一天线单元的水平极化方向图和垂直极化方向图，从中可以看出，第一馈电微带线4所组成的第一天线单元的极化纯度很高。图13表明第二馈电微带线5所组成的第二天线单元的水平极化方向图和垂直极化方向图，虽然第二馈电微带线5所组成的第二天线单元的极化纯度没有第一馈电微带线4所组成的第一天线单元那么高，但是在主辐射方向上，第一馈电微带线4所组成的第一天线单元在垂直极化方向上的增益还是要远远高于其在水平极化方向上的增益。图14表明两空间分集第一馈电微带线4所组成的第一天线单元和第三馈电微带线6所组成的第三天线单元之间的相关系数随频率变化曲线。该图表明，在所需频带内，可以很好的满足天线间相关性小于0.7的要求。图15表明第一馈电微带线4所组成的第一天线单元和第二馈电微带线5所组成的第二天线单元之间的相关性系数，可以看出极化分集时多天线相关性要比空间分集好很多。

具体实施方式十：结合图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式九不同点在于下地板3上的圆形哑铃型开口9的半径r为3.5mm。其它参数、组成和连接方式与具体实施方式九相同。本实施方式可得到比具体实施方式九更好的隔离效果。

本发明的工作原理：

第一贴片1的辐射单元由第一馈电微带线4和第二馈电微带线5两个馈电微带线来激励，也就是说每个辐射贴片实际上相当于两个天线单元，分别接收空间当中的垂直极化波和水平极化波。这是由于微带天线的辐射方式和耦合馈电的特点，使天线获得较高的极化纯度，进而获得较低的相关性。这里采用的是极化分集方式。同样，第二贴片2的辐射单元是由第三馈电微带线6和第四馈电微带线7两个馈电微带线来激励的。也就是用两个辐射单元来实现四个天线所起到的作用，实际上相当于每根微带线对应一个天线单元。两个辐射单元之间靠缺陷地结构(DGS)来减小第一贴片1和第二贴片2之间的互耦，也就是说，两辐射贴片之间采用的是空间分集。

本发明是通过选定天线的类型和馈电形式；然后根据所需要的频段，结合所选择的介质板，计算微带天线的大致尺寸，并设计一个辐射贴片(即等效为两个天线单元)时的天线特性，包括驻波、方向图、极化纯度、相关性等；在移动通信终端可能要求的空间内，调节两个辐射贴片(即四个天线单元)的距离并在地板上采用DGS结构，调节各个尺寸，达到较好的结果。本发明中多天线系统可以采用常规的数字电路PCB工艺制作。同样采用更高介电常数的介质板也可以进一步减小天线的尺寸，但高介电常数的介质板通常增加成本。本发明中的辐射单元的大小和间距可以通过调节介质层的介电常数来调节。本发明所述结构可以满足外观上不大于120mm×80mm的移动终端的空间要求。

Claims (8)

1、具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线，其特征在于它由第一贴片(1)、第二贴片(2)、第一馈电微带线(4)、第二馈电微带线(5)、第三馈电微带线(6)、第四馈电微带线(7)、天线主体和下地板(3)组成；天线主体为双层介质结构，所述的天线主体由上层介质(10)和中间介质(11)组成，天线主体的上表面左右间隔贴附有形状大小相同的第一贴片(1)和第二贴片(2)，天线主体的下表面设置有下地板(3)，下地板(3)的中心位置设置有哑铃型开口(9)；第一馈电微带线(4)和第二馈电微带线(5)为第一馈电微带线组，第三馈电微带线(6)和第四馈电微带线(7)为第二馈电微带线组，两个馈电微带线组设置在上层介质(10)和中间介质(11)之间，并分别位于第一贴片(1)和第二贴片(2)的一侧，每个馈电微带线组中的两个馈电微带线之间相互垂直且不相交，两个馈电微带线组的结构相互对称。

2、根据权利要求1所述的具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线，其特征在于哑铃型开口(9)的两端为矩形或圆形结构。

3、根据权利要求1所述的具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线，其特征在于第一贴片(1)和第二贴片(2)为矩形或“回”字形。

4、根据权利要求1所述的具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线，其特征在于天线主体和下地板(3)的宽度W_g为30mm～60mm，长度为L_g为80mm～120mm。

5、根据权利要求1所述的具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线，其特征在于第一贴片(1)和第二贴片(2)的宽度w为25mm～55mm，长度为l为25mm～55mm。

6、根据权利要求1所述的具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线，其特征在于第一贴片(1)和第二贴片(2)之间相邻边缘的距离s为20mm～40mm。

7、根据权利要求1所述的具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线，其特征在于第一馈电微带线(4)和第四馈电微带线(7)的形状和大小相同，第一馈电微带线(4)和第四馈电微带线(7)的宽度g为0.4mm～2mm，长度为h为10mm～15mm。

8、根据权利要求1所述的具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线，其特征在于第二馈电微带线(5)和第三馈电微带线(6)的形状和大小相同，第二馈电微带线(5)和第三馈电微带线(6)的宽度e为0.4mm～2mm，长度为f为7mm～13mm。

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