CN102800940A - 一种天线及具有该天线的mimo天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种天线，包括第一介质基板、附着在第一介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线，围绕第二金属片设置有第二馈线，第一馈线及第二馈线通过耦合方式分别馈入第一金属片及第二金属片，第一金属片上镂空有第一微槽结构以在第一金属片上形成第一金属走线，第二金属片上镂空有第二微槽结构以在第二金属片上形成第二金属走线，第一馈线与第二馈线电连接，所述第一金属片上还覆盖有第二介质基板。根据本发明的天线，第一介质基板两面均设置有金属片，充分利用了天线的空间面积，在此环境下天线能在较低工作频率下工作，同时满足天线小型化、低工作频率、宽带多模的要求。另外本发明还涉及一种具有多个上述的天线的MIMO天线。
Description
技术领域
本发明属于通信领域，具体地，涉及一种天线及具有该天线的MIMO天线。
背景技术
随着半导体工艺的高度发展，对当今的电子系统集成度提出了越来越高的要求，器件的小型化成为了整个产业非常关注的技术问题。然而，不同于IC芯片遵循“摩尔定律”的发展，作为电子系统的另外重要组成——射频模块，却面临着器件小型化的高难度技术挑战。射频模块主要包括了混频、功放、滤波、射频信号传输、匹配网络与天线等主要器件。其中，天线作为最终射频信号的辐射单元和接收器件，其工作特性将直接影响整个电子系统的工作性能。然而天线的尺寸、带宽、增益等重要指标却受到了基本物理原理的限制(固定尺寸下的增益极限、带宽极限等)。这些指标极限的基本原理使得天线的小型化技术难度远远超过了其它器件，而由于射频器件的电磁场分析的复杂性，逼近这些极限值都成为了巨大的技术挑战。
同时，随着现代电子系统的复杂化，多模服务的需求在无线通信、无线接入、卫星通信、无线数据网络等系统中变得越来越重要。而多模服务的需求进一步增大了小型化天线多模设计的复杂度。除去小型化的技术挑战，天线的多模阻抗匹配也成为了天线技术的瓶颈。另一方面，多输入多输出系统(MIMO)在无线通信、无线数据服务领域的高速发展更进一步苛刻地要求了天线尺寸的小型化并同时保证良好的隔离度、辐射性能以及抗干扰能力。然而，传统的终端通信天线主要基于电单极子或偶极子的辐射原理进行设计，比如最常用的平面反F天线(PIFA)。传统天线的辐射工作频率直接和天线的尺寸正相关，带宽和天线的面积正相关，使得天线的设计通常需要半波长的物理长度。在一些更为复杂的电子系统中，天线需要多模工作，就需要在馈入天线前额外的阻抗匹配网络设计。但阻抗匹配网络额外的增加了电子系统的馈线设计、增大了射频系统的面积同时匹配网络还引入了不少的能量损耗，很难满足低功耗的系统设计要求。因此，小型化、多模式的新型天线技术成为了当代电子集成系统的一个重要技术瓶颈。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术在低频工作时天线受控于空间面积的物理局限的缺陷，提供一种能在低频工作同时保证其小型化的天线。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种天线，其特征在于，所述天线包括第一介质基板、附着在第一介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线，围绕第二金属片设置有第二馈线，所述第一馈线通过耦合方式馈入所述第一金属片，所述第二馈线通过耦合方式馈入所述第二金属片，所述第一金属片上镂空有第一微槽结构以在第一金属片上形成第一金属走线，所述第二金属片上镂空有第二微槽结构以在第二金属片上形成第二金属走线，所述第一馈线与第二馈线电连接，所述第一金属片上还覆盖有第二介质基板。
进一步地，所述第一介质基板由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。
进一步地，所述第二介质基板由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。
进一步地，所述第一微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。
进一步地，所述第二微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。
进一步地，所述第一金属片与第二金属片通过金属化通孔或导线连接。
进一步地，所述第一馈线与第二馈线通过金属化通孔或导线连接。
进一步地，所述第一金属片为铜片或银片。
进一步地，所述第二金属片为铜片或银片。
实施本发明的天线，相对于现有的天线，具有以下有益效果：在第一介质基板两面均设置有金属片，充分利用了天线的空间面积，在此环境下天线能在较低工作频率下工作，满足天线小型化、低工作频率、宽带多模的要求。另外，本发明在第一金属片上还覆盖有第二介质基板，使得天线在接收或者发射电磁波时均需要通过该第二介质基板，使得天线整体的分布电容增大，分布电容的增大能有效降低天线工作频率，因此可在不改变馈线长度的情况下使得天线在低频时仍然工作良好，满足天线小体积、低工作频率及宽带多模的要求。
本发明所要解决的另一个问题是提供一种MIMO天线。
本发明解决上述技术问题所采用的方案是：一种MIMO天线，所述MIMO天线包括多个上述的天线。
根据本发明的MIMO天线，除了具备上述天线本身的特点外，还具有很高的隔离度，多个天线之间的抗干扰能力强。
附图说明
图1是本发明的天线的立体图；
图2为图1去掉第二介质基板后的结构示意图；
图3是图2的另一视角图；
图4a为互补式开口谐振环结构的示意图；
图4b所示为互补式螺旋线结构的示意图；
图4c所示为开口螺旋环结构的示意图；
图4d所示为双开口螺旋环结构的示意图；
图4e所示为互补式弯折线结构的示意图；
图5a为图4a所示的互补式开口谐振环结构其几何形状衍生示意图；
图5b为图4a所示的互补式开口谐振环结构其扩展衍生示意图；
图6a为三个图4a所示的互补式开口谐振环结构的复合后的结构示意图；
图6b为两个图4a所示的互补式开口谐振环结构与图4b所示为互补式螺旋线结构的复合示意图；
图7为四个图4a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明的所述天线100包括第一介质基板1、附着在第一介质基板1相对两表面的第一金属片4及第二金属片7，围绕第一金属片4设置有第一馈线2，围绕第二金属片7设置有第二馈线8，所述第一馈线2及第二馈线8均通过耦合方式分别馈入所述第一金属片4及第二金属片7，所述第一金属片4上镂空有第一微槽结构41以在第一金属片上形成第一金属走线42，所述第二金属片7上镂空有第二微槽结构71以在第二金属片上形成第二金属走线72，所述第一馈线2与第二馈线8电连接。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)，这样就可以在极小的空间内设计出工作在极低工作频率下的射频天线。解决传统天线在低频工作时天线受控空间面积的物理局限。
如图2及图3所示，所述第一馈线2与第二馈线8通过在第一介质基板1上开的金属化通孔10电连接。当然也可以采用导线连接。
图2中，第一金属片画剖面线的部分为第一金属走线，第一金属片上的空白部分(镂空的部分)表示第一微槽结构。另外，第一馈线也用剖面线表示。同样的，图3中，第二金属片画剖面线的部分为第二金属走线，第二金属片上的空白部分(镂空的部分)表示第二微槽结构。另外，第二馈线也用剖面线表示。
图2所示为本发明的天线去除第二介质基板后的结构示意图，图3为其另一视角图。综合两个图可以看出，第一介质基板的a表面及b表面上附着的结构相同。即第一馈线、第一金属片在b表面的投影分别与第二馈线、第二金属片重合。当然，这只是一个优选的方案，a表面与b表面的结构根据需要也可以不同。
第一馈线2围绕第一金属片4设置以实现信号耦合。另外第一金属片4与第一馈线可以接触，也可以不接触。当第一金属片4与第一馈线2接触时，第一馈线2与第一金属片4之间感性耦合；当第一金属片4与第一馈线2不接触时，第一馈线2与金属片4之间容性耦合。
第二馈线8围绕第二金属片7设置以实现信号耦合。另外第二金属片7与第二馈线8可以接触，也可以不接触。当第二金属片7与第二馈线8接触时，第二馈线8与第二金属片7之间感性耦合；当第二金属片7与第二馈线8不接触时，第二馈线8与第二金属片7之间容性耦合。
本发明中，所述第一介质基板两相对表面的第一金属片与第二金属片可以连接，也可以不连接。在第一金属片与第二金属片不连接的情况下，所述第一金属片与第二金属片之间通过容性耦合的方式馈电；此种情况下，通过改变第一介质基板的厚度可以实现第一金属片与第二金属片的谐振。在第一金属片与第二金属片电连接的情况下(例如通过导线或金属化通孔的形式连接)，所述第一金属片与第二金属片之间通过感性耦合的方式馈电。
本发明中的所述第一微槽结构41及第二微槽结构71可以是图4a所示的互补式开口谐振环结构、图4b所示的互补式螺旋线结构、图4c所示的开口螺旋环结构、图4d所示的双开口螺旋环结构、图4e所示的互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。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到曲线类结构、三角形类结构及其它不同的多边形类结构；此处的扩展衍生即在图4a至图4e的基础上开设新的槽以形成新的微槽结构；以图4a所示的互补式开口谐振环结构为例，图5a为其几何形状衍生示意图，图5b为其几何形状衍生示意图。此处的复合是指，图4a至图4e的微槽结构多个叠加形成一个新的微槽结构，如图6a所示，为三个图4a所示的互补式开口谐振环结构复合后的结构示意图；如图6b所示，为两个图4a所示的互补式开口谐振环结构与图4b所示为互补式螺旋线结构共同复合后的结构示意图。此处的组阵是指由多个图4a至图4e所示的微槽结构在同一金属片上阵列形成一个整体的微槽结构，如图7所示，为多个如图4a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。以下均以图4c所示的开口螺旋环结构为例阐述本发明。
另外，本发明中，第一介质基板及第二介质基板可由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。优选地，由高分子材料制成，具体地可以是FR-4、F4B等高分子材料。
本发明中，第一金属片及第二金属片为铜片或银片。优选为铜片，价格低廉，导电性能好。
本发明中，第一馈线及第二馈线选用与第一金属片及第二金属片同样的材料制成。优选为铜。
本发明中，关于天线的加工制造，只要满足本发明的设计原理，可以采用各种制造方式。最普通的方法是使用各类印刷电路板(PCB)的制造方法，当然，金属化的通孔，双面覆铜的PCB制造也能满足本发明的加工要求。除此加工方式，还可以根据实际的需要引入其它加工手段，比如RFID(RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别技术，俗称电子标签)中所使用的导电银浆油墨加工方式、各类可形变器件的柔性PCB加工、铁片天线的加工方式以及铁片与PCB组合的加工方式。其中，铁片与PCB组合加工方式是指利用PCB的精确加工来完成天线微槽结构的加工，用铁片来完成其它辅助部分。另外，还可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法来加工。
本发明还提供了一种MIMO天线，所述的MIMO天线由多个上述的天线100组成。此处的MIMO即是指多输入多输出。即MIMO天线上的所有单个的天线100同时发射，同时接收。MIMO天线可以在不需要增加带宽或总发送功率损耗的前提下大幅度增加系统的信息吞吐量及传输距离。另外本发明的MIMO天线还具有很高的隔离度，多个天线之间的抗干扰能力强。
本发明的MIMO天线，其每个天线100的第一馈线与第二馈线电连接后再与一个接收/发射机连接，所有的接收/发射机均连接到一个基带信号处理器上。
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。
Claims (10)
1.一种天线，其特征在于，所述天线包括第一介质基板、附着在所述第一介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线，围绕第二金属片设置有第二馈线，所述第一馈线通过耦合方式馈入所述第一金属片，所述第二馈线通过耦合方式馈入所述第二金属片，所述第一金属片上镂空有第一微槽结构以在第一金属片上形成第一金属走线，所述第二金属片上镂空有第二微槽结构以在第二金属片上形成第二金属走线，所述第一馈线与第二馈线电连接，所述第一金属片上还覆盖有第二介质基板。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一介质基板由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第二介质基板由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第二微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一金属片与第二金属片通过金属化通孔或导线连接。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一馈线与第二馈线通过金属化通孔或导线连接。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一金属片为铜片或银片。
9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第二金属片为铜片或银片。
10.一种MIMO天线，其特征在于，所述MIMO天线包括多个如权利要求1所述的天线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN KUANG-CHI INNOVATION TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SHENZHEN KUANG-CHI INSTITUTE OF ADVANCED TECHNOLOGY Effective date: 20140424 Free format text: FORMER OWNER: SHENZHEN KUANG-CHI INNOVATION TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20140424 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 518000 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE TO: 518034 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140424 Address after: 518034 A international business center, No. 1061, Xiang Mei Road, Guangdong, Shenzhen, Futian District, China 18B Applicant after: Shenzhen Kuang-Chi Innovation Technology Co., Ltd. Address before: 518000 Shenzhen City, Guangdong Province, Nanshan District high tech Zone in the middle of the high and new one of the software building No. 9 Applicant before: Shenzhen Kuang-Chi Institute of Advanced Technology Applicant before: Shenzhen Kuang-Chi Innovation Technology Co., Ltd. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN GUANGQI INTELLIGENT PHOTONICS TECHNOLOGY Free format text: FORMER OWNER: SHENZHEN KUANG-CHI INNOVATION TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20150722 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150722 Address after: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Futian District Shennan Road and CaiTian Road intersection East Xintiandi Plaza C block 2007-27 Patentee after: Shenzhen Guang Qi intelligent photonic Technology Co., Ltd. Address before: 518034 A international business center, No. 1061, Xiang Mei Road, Guangdong, Shenzhen, Futian District, China 18B Patentee before: Shenzhen Kuang-Chi Innovation Technology Co., Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210219 Address after: 2 / F, software building, No.9, Gaoxin Zhongyi Road, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: KUANG-CHI INSTITUTE OF ADVANCED TECHNOLOGY Address before: 518000 Guangdong, Shenzhen, Futian District, Shennan Road and colored field road intersection C East Block New World Plaza 2007-27 Patentee before: KUANG-CHI INTELLIGENT PHOTONIC TECHNOLOGY Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |