CN101572351B - 多输入多输出天线 - Google Patents

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Abstract

一种多输入多输出天线，设置于基板上，所述基板包括第一表面及与第一表面平行之第二表面。多输入多输出天线包括一对第一天线及第二天线。所述第一天线相隔一定距离并平行设置。所述第一天线均为偶极天线并印刷于基板的第一表面和第二表面。第二天线设置于所述第一天线之间并与所述第一天线相间隔。所述第二天线为偶极天线并印刷于基板的第一表面和第二表面。本发明利用多个天线不同的排列方式实现天线之间的极化分集，从而提高天线的增益。同时利用天线设置于基板不同的表面而减小天线的面积。

Description

多输入多输出天线
技术领域
本发明涉及一种天线，尤指一种多输入多输出天线。 
背景技术
随着通信产业的快速发展，无线产品的种类越来越多，例如广受关注的无线局域网络(Wireless Local Area Network)产品，其应用范围越来越广泛。对于应用于无线局域网络的接入点(Access Point)以及笔记型计算机的MINI-PCI、PCMCIA或USB接口的无线网卡，或应用于个人通信的行动电话等无线通信设备，为了方便携带，一般需要设计成较小体积。天线为上述无线通信设备的必备组件，故减小天线体积为减小无线通信设备体积的一种解决方案。现有技术往往采用长直形的单极天线(monopole)方式，但单极天线的尺寸较大。为了减小无线通信设备的体积，一种新的技术多输入输出(Multi input and MultipleOutput，MIMO)天线便产生了。 
此外，无线微波信号(波长短于30cm的电磁波信号)在传播时会受气候及周围障碍物等因素影响而衰减较快，因此信号的质量和传送距离大打折扣，所以除了考虑天线是否具备多输入输出(Multi input and Multiple Output，MIMO)的特性外，更需要注意天线的增益是否能够提升，确保在通信工作过程中具有良好的信号质量。 
发明内容
有鉴于此，需提供一种具有良好增益和较小面积的多输入多输出天线。 
还有必要提供一种具有良好增益和较小面积的印刷天线。 
一种多输入多输出天线，设置于基板上，所述基板包括第一表面及与第一表面平行之第二表面。所述多输入多输出天线包括一对第一天线及第二天线。所述第一天线相隔一定距离并平行设置。所述第一天线均为偶极天线并印刷于基板的第一表面和第二表面。第二天线设置于所述第一天线之间并与所述第一天线相间隔。第二天线为偶极天线并印刷于基板的第一表面和第二表面。 
一种印刷天线，印刷于电路板上，所述电路板包括第一表面及与所述第一表面平行之第二表面。所述印刷天线包括一对相隔一定距离并平行设置的垂直极化天线及水平极化天线。所述垂直极化天线分别包括馈入部、第一辐射体及第二辐射体，馈入部用于向垂直极化天线馈入电磁波信号。馈入部和第一辐射体设置于电路板的第一表面，第二辐射体设置于电路板的第二表面。水平极化天线设置于所述垂直极化天线之间并与所述垂直极化天线相间隔。水平极化天线包括馈入部、第一辐射体及第二辐射体，馈入部用于向水平极化天线馈入电磁波信号。馈入部和第一辐射体设置于电路板的第一表面，第二辐射体设置于电路板的第二表面。其中，所述垂直极化天线和水平极化天线均为偶极天线。 
本发明实施方式所提供的多输入多输出天线，利用多个天线不同的排列方式实现天线之间的极化分集，从而提高天线的增益。同时利用天线设置于基板不同的表面而减小天线的面积。 
附图说明
图1为本发明多输入多输出天线印刷于基板的第一表面的示意图。 
图2为本发明多输入多输出天线印刷于基板的第二表面的示意图。 
图3为本发明多输入多输出天线于基板一水平面的投影的示意图。 
图4为本发明多输入多输出天线的尺寸示意图。 
图5为本发明多输入输出天线的左侧第一天线工作于2.40GHz频率的垂直方向的辐射场型图。 
图6为本发明多输入输出天线的左侧第一天线工作于2.50GHz频率的垂直方向的辐射场型图。 
图7为本发明多输入输出天线的第二天线工作于2.40GHz频率的水平方向的辐射场型图。 
图8为本发明多输入输出天线的第二天线工作于2.50GHz频率的水平方向的辐射场型图。 
图9为本发明多输入输出天线的右侧第一天线工作于2.40GHz频率的垂直方向的辐射场型图。 
图10为本发明多输入输出天线的右侧第一天线工作于2.50GHz频率的垂直方向的辐射场型图。 
图11、图12及图13为本发明多输入输出天线的反射损耗测试图。 
具体实施方式
请参阅图1和图2，本发明多输入多输出天线20印刷于基板10上。基板10为印刷电路板，其包括第一表面12和第二表面14，第一表面12和第二表面14平行设置。 
多输入多输出天线20包括一对第一天线30和第二天线40，所述第一天线30和第二天线40均为偶极天线。所述第一天线30相隔一定的距离并平行设置，并作为多输入多输出天线20的垂直极化天线。第二天线40水平地设置于所述第一天线30之间并与所述第一天线30相间隔，其作为多输入多输出天线20的水平极化天线。 
每个第一天线30包括馈入部32、功率分配器33、第一辐射体34、一对接地部35、接地传输线36、连接体37及第二辐射体38。馈入部32为具有50欧姆匹配阻抗的传输线，用于向第一天线30馈入电磁波信号。其中馈入部32、功率分配器33、第一辐射体34及所述接地部35设置于基板10的第一表面12，接地传输线36、连接体37及第二辐射体38设置于基板10的第二表面14。 
第一辐射体34用于收发电磁波信号。第一辐射体34相对馈入部32的中心线320呈对称设计，其包括一对平行的第一辐射部344和一对平行的第二辐射部346。所述第一辐射部344和所述第二辐射部346分别分布于功率分配器33的两侧并相对馈入部32的中心线320呈对称设计。每个第一辐射部344和第二辐射部346的长度均为四分之一波长。位于功率分配器33同一侧的第一辐射部344和第二辐射部346分别位于同一直线上。 
功率分配器33与馈入部32电性连接并相对馈入部32的中心线320呈对称设计。功率分配器33用于向第一辐射部344和第二辐射部346馈入电磁波信号。功率分配器33大致呈H型，其包括第一连接部332和一对第二连接部334。第一连接部332与馈入部32电性连接并相对馈入部32的中心线320呈对称设计。所述第二连接部334大致呈C型，并对称分布于第一连接部332的两侧。第二连接部334分别与第一辐射部344和第二辐射部346电性连接。 
所述接地部35相对馈入部32的中心线320呈对称设计。接地传输线36透过一对过孔39与所述接地部35电性连接，其相对馈入部32的中心线320于基板10的第二表面14的投影呈对称设计。 
第二辐射体38与第一辐射体34耦合，用于收发电磁波信号。第二辐射体38相对馈入部32的中心线320于基板10的第二表面14的投影呈对称设计，其包括一对平行的第一辐射部384和一对平行的第二辐射部386。所述第一辐射部384和所述第二辐射部386分别分布于连接体37的两侧并相对馈入部32的中心线320于基板10的第二表面14的投影呈对称设计。每个第一辐射部384和第二辐射部386的长度均为四分之一波长。位于连接体37同一侧的第一辐射部384和第二辐射部386分别位于同一直线上。 
在本实施方式中，第一辐射体34的两第一辐射部344与第二辐射体38的两第二辐射部386分别耦合，且第一辐射体34的两第二辐射部346与第二辐射体38的两第一辐射部384分别耦合，相当于四个天线排列在一起，从而形成一个由四个天线组成的微带式偶极天线阵列。这不仅增加了第一天线30的增益和辐射能力，而且减小了第一天线30的尺寸。 
在其它实施方式中，第一天线30的第一辐射体34和第二辐射体38可以只有一个辐射部。 
连接体37与接地传输线36电性连接并相对馈入部32的中心线320于基板10的第二表面14 的投影呈对称设计。连接体37大致呈H型，其包括第一连接部372和一对第二连接部374。第一连接部372与接地传输线36电性连接并相对馈入部32的中心线320于基板10的第二表面14的投影呈对称设计。所述第二连接部374大致呈C型，并对称分布于第一连接部372的两侧。 
第二天线40包括馈入部42、功率分配器43、第一辐射体44、接地部45、接地传输线46、连接体47及第二辐射体48。馈入部42为具有50欧姆匹配阻抗的传输线，用于向第二天线40馈入电磁波信号。其中馈入部42、功率分配器43、第一辐射体44及接地部45设置于基板10的第一表面12，接地传输线46、连接体47及第二辐射体48设置于基板10的第二表面14。 
第一辐射体44用于收发电磁波信号。第一辐射体44包括第一辐射部444和第二辐射部446。第一辐射部444和第二辐射部446的长度均为四分之一波长。第一辐射部444和第二辐射部446位于同一直线上。 
功率分配器43与馈入部42电性连接并相对馈入部42的中心线420呈对称设计。功率分配器43用于向第一辐射部444和第二辐射部446馈入电磁波信号。功率分配器43大致呈C型，并分别与第一辐射部444和第二辐射部446电性连接。 
功率分配器43位于馈入部42的一端，接地部45位于馈入部42的另一端。接地部45相对馈入部42的中心线420呈对称设计。 
接地传输线46透过一对过孔49与接地部45电性连接，其相对馈入部42的中心线420于基板10的第二表面14的投影呈对称设计。 
第二辐射体48与第一辐射体44耦合，用于收发电磁波信号。第二辐射体48包括第一辐射部484和第二辐射部486。每个第一辐射部484和第二辐射部486的长度均为四分之一波长。第一辐射部484和第二辐射部486位于同一直线上。 
在本实施方式中，第一辐射体44的第一辐射部444与第二辐射体48的第二辐射部486耦合，且第一辐射体44的第二辐射部446与第二辐射体48的第一辐射部484耦合，相当于两个天线排列在一起，从而形成一个由两个天线组成的微带式偶极天线阵列。这不仅增加了第二天线40的增益和辐射能力，而且减小了第二天线40的尺寸。 
在其它实施方式中，第二天线40的第一辐射体44和第二辐射体48可以只有一个辐射部。 
连接体47与接地传输线47电性连接并相对馈入部42的中心线420于基板10的第二表面14的投影呈对称设计。连接体47大致呈C型，并分别与第一辐射部484和第二辐射部486电性连接。 
请参照图3，所示为本发明多输入多输出天线20于基板10一水平面的投影示意图。所述第一天线30的投影相对第二天线40的投影的中心线呈对称设计。第一天线30的投影相对馈入 部32的中心线320的投影呈对称设计。第二天线40的投影相对馈入部42的中心线420的投影呈对称设计。第一辐射部344、第二辐射部386、第二辐射部346及第一辐射部384位于同一直线上。第一辐射部444、第二辐射部486、第二辐射部446及第一辐射部484位于同一直线上。 
在本实施方式中，第一辐射体34、44及第二辐射体38、48被定义为辐射体。第一辐射部344、384、444、484及第二辐射部346、386、446、486被定义为辐射部。 
请参阅图4，图4揭示了本发明多输入多输出天线20的主要尺寸标示。在本实施方式中，多输入多输出天线20的总长度D为15.1厘米，多输入多输出天线20的总宽度G为8.35厘米。第一天线30的功率分配器33的长度A为二分之一波长。第一天线30的两第一辐射部344之间的距离E为四分之一波长。第一天线30的辐射部的长度均为四分之一波长。第一天线30的接地部35与第一连接部332之间的距离F为4.7厘米。第二天线40的第一接地部46与第一辐射部444之间的距离C为4.7厘米。第二天线40的辐射部的长度均为四分之一波长。 
在本实施方式中，位于第二天线40右侧的第一天线30被定义为右侧第一天线30，位于第二天线40左侧的第一天线30被定义为左侧第一天线30。 
请参阅图5及6，所示为本发明多输入多输出天线20的左侧第一天线30分别工作于2.40GHz及2.50GHz频率的垂直方向的辐射场型图。由图可知，本发明实施方式的多输入多输出天线20的左侧第一天线30在垂直方向各角度的辐射符合应用要求。 
请参阅图7及8，所示为本发明多输入多输出天线20的第二天线40分别工作于2.40GHz及2.50GHz频率的水平方向的辐射场型图。由图可知，本发明实施方式的多输入多输出天线20的第二天线40在水平方向各角度的辐射符合应用要求。 
请参阅图9及10，所示为本发明多输入多输出天线20的右侧第一天线30分别工作于2.40GHz及2.50GHz频率的垂直方向的辐射场型图。由图可知，本发明实施方式的多输入多输出天线20的右侧第一天线30在垂直方向各角度的辐射符合应用要求。 
请参阅图11、图12及图13，所示为本发明多输入多输出天线20的反射损耗(ReturnLoss)测试图。本发明实施方式的多输入多输出天线20应用于2.4和2.5GHZ。由图示可知，其反射损耗均小于-10dB。 
因所述第一天线30及第二天线40之间相互间隔，即本发明的多输入多输出天线20具有空间分集性，从而本发明的多输入多输出天线20可以有效对抗信号衰落，进而改善信号质量。 
本发明的多输入多输出天线20利用所述第一天线30及第二天线40之间极化方向的差异，以达到提升所述第一天线30及第二天线40之间的隔离度，降低彼此间信号干扰的目的，进而提高多输入多输出天线20的增益。 
因所述第一天线30和第二天线40的第一辐射体34、44和第二接地部38、48分别设置于基板10的不同表面，从而减小了本发明的多输入多输出天线20的面积。 

Claims (11)

1.一种多输入多输出天线，设置于基板上，所述基板包括第一表面及与所述第一表面平行的第二表面，其特征在于，所述多输入多输出天线包括：
一对第一天线，相隔一定距离并平行设置，所述第一天线均为偶极天线并印刷于基板的第一表面和第二表面，每个第一天线包括馈入部、第一辐射体及第二辐射体，所述馈入部用于向所述第一天线馈入电磁波信号，所述馈入部和所述第一辐射体设置于所述基板的第一表面，所述第二辐射体设置于所述基板的第二表面；以及
第二天线，设置于所述第一天线之间并与所述第一天线相间隔，所述第二天线为偶极天线并印刷于基板的第一表面和第二表面,所述第二天线包括馈入部、第一辐射体及第二辐射体，所述馈入部用于向所述第二天线馈入电磁波信号，所述馈入部和所述第一辐射体设置于所述基板的第一表面，所述第二辐射体设置于所述基板的第二表面。
2.如权利要求1所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述第一天线为垂直极化天线，所述第二天线为水平极化天线。
3.如权利要求2所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线均为微带式偶极天线阵列。
4.如权利要求1所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述第一天线于所述基板水平面的投影相对所述第二天线于所述基板同一水平面的投影的中心线呈对称设计。
5.如权利要求4所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线的第一和第二辐射体分别包括至少一辐射部，所述至少一辐射部的长度为四分之一波长。
6.如权利要求5所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述第一天线的第一辐射体和第二辐射体耦合，所述第二天线的第一辐射体和第二辐射体耦合。
7.一种印刷天线，印刷于电路板上，所述电路板包括第一表面及与所述第一表面平行的第二表面，其特征在于，所述印刷天线包括：
一对垂直极化天线，相隔一定的距离并平行设置，所述垂直极化天线分别包括馈入部、第一辐射体及第二辐射体，所述馈入部用于向所述垂直极化天线馈入电磁波信号，所述馈入部和所述第一辐射体设置于所述电路板的第一表面，所述第二辐射体设置于所述电路板的第二表面；以及
水平极化天线，设置于所述垂直极化天线之间并与所述垂直极化天线相间隔，所述水平极化天线包括馈入部、第一辐射体及第二辐射体，所述馈入部用于向所述水平极化天线馈入电磁波信号，所述馈入部和所述第一辐射体设置于所述电路板的第一表面，所述第二辐射体设置于所述电路板的第二表面；
其中，所述垂直极化天线和所述水平极化天线均为偶极天线。
8.如权利要求7所述的印刷天线，其特征在于，所述垂直极化天线和所述水平极化天线均为微带式偶极天线阵列。
9.如权利要求8所述的印刷天线，其特征在于，所述垂直极化天线于所述电路板一水平面的投影相对所述水平极化天线于所述电路板同一水平面的投影的中心线呈对称设计。
10.如权利要求7所述的印刷天线，其特征在于，所述垂直极化天线和所述水平极化天线的第一和第二辐射体分别包括至少一辐射部，所述至少一辐射部的长度为四分之一波长。
11.如权利要求10所述的印刷天线，其特征在于，所述垂直极化天线的第一辐射体和第二辐射体耦合，所述水平极化天线的第一辐射体和第二辐射体耦合。
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