CN101789545B - 用于无线通信终端的平面多输入多输出天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无线通信终端的平面多输入多输出天线。现有的通信系统终端天线耦合性差、占用空间较大。本发明包括正方形的基板，基板的顶面覆有金属层，基板的底面设置有四根馈线。金属层以正方形对角线的交点为中心对称开有四根天线槽，构成四根槽天线；金属层以正方形对角线的交点为中心对称开有四组隔离槽组，每组包括平行的2～6根隔离槽，隔离槽为通槽，隔离槽组设置在相互垂直的两条槽天线之间。四根馈线对应四根槽天线设置，槽天线的底部开有垂直于基板面的连接孔。本发明低剖面，体积小，结构简单，易于大规模加工制作，成本低。

Description

用于无线通信终端的平面多输入多输出天线

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种天线，具体是一种用于无线通信终端的平面多输入多输出天线。

背景技术

随着无线通信系统的不断发展，通信系统为了同时满足用户的不同需求，对于信道传输数据速率的要求日益增加，因此对于信道容量需求也不断增加。多输入多输出系统为该问题的解决提供了一种较佳的方案。多输入多输出系统可以在不增加频谱宽度和发射功率的前提下增加信道容量。多输入多输出的天线结构作为该系统的终端起着十分重要的作用。

为了将多输入多输出系统用于体积有限的通信系统的终端，就需要结构紧凑的天线结构，但是这样就会给天线之间引入较强的耦合，影响了天线的效率和分集增益等性能。因此，同时满足天线的体积和天线之间的较小耦合是一个难点。目前的用于多输入多输出系统的天线大多是三维结构，占用空间较大，也给加工制作带来困难，较难实用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有多输入多输出天线系统的不足，提供一种平面多输入多输出天线，该天线利用极化分集技术，以及起到滤波器作用的隔离槽组，将槽天线印刷在体积很小的电路板上，并且各天线之间具有非常高的隔离度，实现了天线小体积，低剖面和弱耦合的统一，可以增大通信系统的信道容量。

本发明包括正方形的基板，基板的顶面覆有金属层，基板的底面设置有四根馈线。

金属层以正方形对角线的交点为中心对称开有四根天线槽，构成四根槽天线，所述的槽天线相对于金属层为通槽，槽天线的底部即为基板的顶面；槽天线的一端开放于正方形的一边，该条槽天线垂直于该边，槽天线与正方形的两条对应边平行，并且到一条平行边距离D₂是到另一条平行边距离D₁的4～8倍；槽天线的长度为l₁，λ/5≤l₁≤λ/3，槽天线的宽度为d₁，λ/125≤d₁≤λ/50，λ为基板上天线工作频率对应的波导波长。

金属层以正方形对角线的交点为中心对称开有四组隔离槽组，每组包括平行的2～6根隔离槽，隔离槽相对于金属层为通槽，隔离槽的底部即为基板的顶面；隔离槽的长度为l₂，λ/4≤l₂≤λ/2，且l₂＞l₁，隔离槽的宽度为d₂，λ/250≤d₂≤λ/62，且d₂＜d₁；隔离槽的一端开放于正方形的一边，该条隔离槽平行于对应的槽天线，并且设置在相互垂直的两条槽天线之间。

四根馈线对应四根槽天线设置，所述的馈线为矩形，每根馈线的长边与对应的槽天线垂直，馈线的长度为a、宽度为b，a≥D₁，馈线的一端处于基板的边沿。

槽天线的底部开有垂直于基板面的连接孔，所述的连接孔为矩形通孔，矩形的一边位于槽天线一个侧壁所在的平面；连接孔的位置与馈线的位置对应，矩形连接孔的长度为c、宽度为d，c≤b、d≤d₁，并且连接孔的矩形端面在对应的矩形馈线的范围内；连接孔的侧壁镀有金属薄膜层，金属薄膜层将槽天线与馈线连通。

本发明相比于现有技术具有以下优点：

1、低剖面，体积小，结构简单，易于大规模加工制作，成本低。

2、易于与移动终端集成。

3、槽天线之间间距小，隔离高，互耦弱，效率高。可预见分集增益及信道容量大，有利于多输入多输出系统的通信速率。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是图1对应的背面馈线示意图；

图3是图1的A-A截面示意图；

图4是本发明中的槽天线反射系数的量测结果；

图5是在没有隔离槽组时相邻槽天线隔离度的仿真结果；

图6是在具有隔离槽组时相邻槽天线隔离度的仿真结果和量测结果；

图7是在没有隔离槽组时相对槽天线隔离度的仿真结果；

图8是在具有隔离槽组时相对槽天线隔离度的仿真结果和量测结果。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，用于无线通信终端的平面多输入多输出天线包括正方形的基板5，基板5的顶面覆有金属层1，基板5的底面设置有四根馈线6。

金属层1以正方形对角线的交点为中心对称开有四根天线槽，构成四根槽天线3，槽天线3为通槽，槽天线3的底部即为基板5的顶面；槽天线3的一端开放于正方形的一边，该条槽天线3垂直于该边，槽天线3与正方形的两条对应边平行，并且到一条平行边距离D₂是到另一条平行边距离D₁的5倍；槽天线3的长度为λ/3.25，槽天线3的宽度为λ/70，λ为基板上天线工作频率对应的波导波长。

金属层1以正方形对角线的交点为中心对称开有四组隔离槽组，每组包括平行的三根隔离槽2，隔离槽2为通槽，隔离槽2的底部即为基板5的顶面；隔离槽2的长度为λ/2.7，隔离槽2的宽度为λ/100；隔离槽2的一端开放于正方形的一边，该条隔离槽2平行于对应的槽天线3，并且设置在相互垂直的两条槽天线3之间。

四根馈线6对应四根槽天线3设置，所述的馈线6为矩形；每根馈线6的长边与对应的槽天线3垂直，馈线6的长度为λ/15、宽度为λ/25，馈线的一端处于基板的边沿。

槽天线3的底部开有垂直于基板面的连接孔4，所述的连接孔4为矩形通孔，矩形的一边位于槽天线3一个侧壁所在的平面；连接孔4的位置与馈线6的位置对应，矩形连接孔4的长度为λ/25、宽度为λ/200，并且连接孔4的矩形端面在对应的矩形馈线6的范围内；连接孔4的侧壁镀有金属薄膜层，金属薄膜层将槽天线3与馈线6连通。馈线6以及连接孔4共同为各天线单元提供馈电，以实现良好匹配。

该天线装置可操作于任一主要频带上，该主要频带可依据使用者需求选用，为方便说明，本实施例主要频带选用2.4-2.4875GHz加以说明。该天线所用基板是FR4(玻璃纤维强化环氧树脂，fiberglass reinforced epoxyresin)或是玻璃纤维强化BT(bismaleimide-triazine)制成的印刷电路板，亦可以为聚酰亚胺(polyimide)制成的可桡性薄片基板(flexible filmsubstrate)。相邻槽天线垂直设置，以保证相邻槽天线的主极化互相正交，增大隔离度，减小槽天线之间的耦合。

该多输入多输出天线的总体平面尺寸仅为0.4λ×0.4λ。量测任意一槽天线的反射系数如图4所示，可见在2.4-2.4875GHz频带范围内，槽天线的反射系数均小于-10dB。此外，分别仿真量测图1中所示槽天线在没有隔离槽组和存在隔离槽组情况下的传输系数，用以说明槽天线在有无隔离槽组情况下耦合程度的差异。如图5所示，当没有隔离槽组时，仿真结果显示相邻槽天线之间的隔离度小于-10dB，如图7所示，当没有隔离槽组时，相对的槽天线之间的隔离度小于-13dB。如图6和图8所示，当存在隔离槽组时，仿真结果显示，槽天线之间的隔离度有10dB的改善。本实例的量测结果显示，槽天线之间的实测隔离度可以达到小于-28dB，这一参数已经很好的满足了多出入多输出天线对于天线隔离度的要求。

综上所述，可得知隔离槽组可以在不增加天线系统固有体积的情况下起到解耦合的作用，这对于多输入多输出系统的分集增益以及信道容量起到至关重要的作用。

由于四天线系统本身旋转对称，因此所有槽天线的反射系数都可由一个槽天线的反射系数表示，并且该四单元多输入多输出系统中任两槽天线之间的传输系数均可由相邻槽天线之间传输系数或相对槽天线之间的传输系数之一表示。

Claims (1)

1.用于无线通信终端的平面多输入多输出天线，包括正方形的基板，其特征在于：基板的顶面覆有金属层，基板的底面设置有四根馈线；

所述的金属层以正方形对角线的交点为中心对称开有四根天线槽，构成四根槽天线，槽天线相对于金属层为通槽，槽天线的底部即为基板的顶面；槽天线的一端开放于正方形的一边，该条槽天线垂直于该边，槽天线与正方形的两条对应边平行，并且到一条平行边距离D₂是到另一条平行边距离D₁的4～8倍；槽天线的长度为λ/3.25，槽天线的宽度为λ/70，λ为基板上天线工作频率对应的波导波长；

所述的金属层以正方形对角线的交点为中心对称开有四组隔离槽组，每组包括平行的2～6根隔离槽，隔离槽相对于金属层为通槽，隔离槽的底部即为基板的顶面；隔离槽的长度为λ/2.7，隔离槽的宽度为λ/100；隔离槽的一端开放于正方形的一边，该条隔离槽平行于对应的槽天线，并且设置在相互垂直的两条槽天线之间；

所述的四根馈线对应四根槽天线设置，所述的馈线为矩形；每根馈线的长边与对应的槽天线垂直，馈线的长度为λ/15、宽度为λ/25，λ/15≥D₁，馈线的一端处于基板的边沿；

所述的槽天线的底部开有垂直于基板面的连接孔，连接孔为矩形通孔，矩形的一边位于槽天线一个侧壁所在的平面；连接孔的位置与馈线的位置对应，矩形连接孔的长度为λ/25、宽度为λ/200，并且连接孔的矩形端面在对应的矩形馈线的范围内；连接孔的侧壁镀有金属薄膜层，金属薄膜层将槽天线与馈线连通。

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