CN102800941B - 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，所述天线包括介质基板、附着在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非对称的第一微槽结构及第二微槽结构，所述第二金属片上镂空非对称的第三微槽结构及第四微槽结构，所述第一馈线与第二馈线电连接。根据本发明的天线，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

一种天线及具有该天线的MIMO天线
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
在传统天线设计中当遇到天线使用空间小、工作频率低、工作在多模等问题时，天线的性能将极大的受制于天线体积大小。天线体积的减小对应的天线的电长度也将受到影响，天线辐射效率及工作频率将改变。传统的偶极子天线及PIFA天线在面对现有通讯终端小体积、宽频带等问题时就显得力不从心，设计难度极大最终也不能满足使用的要求。传统的天线在低频段设计中只用通过外部的匹配线路来实现多模的辐射要求，在天馈系统中加入匹配网络后功能上是可实现低频、多模的工作要求，但是其辐射效率将极大的降低因为非常大的一部分能量损失在匹配网络上。现有的超材料小天线，如公开号为CN201490337的中国专利，在设计中集成了新型人工电磁材料，因此其辐射具有非常丰富的色散特性，可以形成多种辐射模式，即可免去繁琐的阻抗匹配网络，这种丰富的色散特性为多频点的阻抗匹配带来了极大的便利。尽管如此现有的超材料小天线在面对现有终端设备小体积、低工作频率、宽带多模等问题时，设计的过程中也受到了极大的制约。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有的超材料小天线的上述缺陷，提供一种天线，该天线易于实现多模化。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种天线，所述天线包括介质基板、附着在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非对称的第一微槽结构及第二微槽结构，所述第二金属片上镂空非对称的第三微槽结构及第四微槽结构，所述第一馈线与第二馈线电连接。
进一步地，所述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，所述第三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，所述第四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，所述第一金属片及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，在第一金属片上至少镂空有非对称的第一微槽结构及第二微槽结构，且在第二金属片上至少镂空有非对称的第三微槽结构及第四微槽结构，因此能够很容易地产生多个谐振点，且谐振点不易抵消，很容易实现多模谐振，轻易实现天线的多模化。
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是本发明的天线第一实施例的立体图；
图2是图1的另一视角图；
图3本发明的天线第二实施例的结构示意图；
图4本发明的天线第三实施例的结构示意图；
图5a为互补式开口谐振环结构的示意图；
图5b所示为互补式螺旋线结构的示意图；
图5c所示为开口螺旋环结构的示意图；
图5d所示为双开口螺旋环结构的示意图；
图5e所示为互补式弯折线结构的示意图；
图6a为图5a所示的互补式开口谐振环结构其几何形状衍生示意图；
图6b为图5a所示的互补式开口谐振环结构其扩展衍生示意图；
图7a为三个图5a所示的互补式开口谐振环结构的复合后的结构示意图；
图7b为两个图5a所示的互补式开口谐振环结构与图5b所示为互补式螺旋线结构的复合示意图；
图8为四个图5a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2所示，本发明的所述天线100包括介质基板1、附着在介质基板1相对两表面的第一金属片4及第二金属片7，其中第一金属片4附着在a表面上，第二金属片7附着在与a表面相对的b表面上，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上镂空有非对称的第一微槽结构41及第二微槽结构42，所述第二金属片7上镂空有非对称的第三微槽结构71及第三微槽结构72，所述第一馈线2与第二馈线8电连接。在同一介质基板的两面都设置金属片，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。
图1中，第一金属片画剖面线的部分为第一金属片的金属部分，第一金属片上的空白部分(镂空的部分)表示第一微槽结构及第二微槽结构。另外，第一馈线也用剖面线表示。同样的，图2中，第二金属片画剖面线的部分为第二金属片的金属部分，第二金属片上的空白部分(镂空的部分)表示第三微槽结构及第四微槽结构。另外，第二馈线也用剖面线表示。
如图1及图2所示，所述第一馈线2与第二馈线8通过在介质基板1上开的金属化通孔10电连接。当然也可以采用导线连接。
另外，从图1与图2可以看出，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、第二微槽结构42、第三微槽结构71、第四微槽结构72都可以是图5a所示的互补式开口谐振环结构、图5b所示的互补式螺旋线结构、图5c所示的开口螺旋环结构、图5d所示的双开口螺旋环结构、图5e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5a至图5e的基础上开设新的槽以形成新的微槽结构；以图5a所示的互补式开口谐振环结构为例，图6a为其几何形状衍生示意图，图6b为其几何形状衍生示意图。此处的复合是指，图5a至图5e的微槽结构多个叠加形成一个新的微槽结构，如图7a所示，为三个图5a所示的互补式开口谐振环结构复合后的结构示意图；如图7b所示，为两个图5a所示的互补式开口谐振环结构与图5b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5a至图5e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8所示，为多个如图5a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。
另外，本发明中，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。
本发明中所说的“非对称的第一微槽结构41与第二微槽结构42”是指，第一微槽结构41与第二微槽结构42两者不构成轴对称结构。换句话说，即在a表面找不到一根对称轴，使得第一微槽结构41与第二微槽结构42相对该对称轴对称设置。
同理，本发明中所说的“非对称的第三微槽结构41与第四微槽结构42”是指，第三微槽结构71与第四微槽结构72两者不构成轴对称结构。换句话说，即在b表面找不到一根对称轴，使得第三微槽结构71与第四微槽结构72相对该对称轴对称设置。
本发明中，第一微槽结构41与第二微槽结构42结构非对称，第三微槽结构71与第四微槽结构72结构非对称，因此两个位置上的电容与电感会有所不同，从而产生至少两个不同的谐振点，而且谐振点不易抵消，有利于实现天线丰富的多模化。
本发明的第一微槽结构41与第二微槽结构42的结构形式可以一样，也可以不一样。并且第一微槽结构41与第二微槽结构42的非对称程度可以根据需要调节。同理，本发明的第三微槽结构71与第四微槽结构72的结构形式可以一样，也可以不一样。并且第三微槽结构71与第四微槽结构72的非对称程度可以根据需要调节。从而实现丰富的可调节的多模谐振。
并且本发明根据需要，在同一片金属片上还可以设置更多的微槽结构，以使得所述的天线具有三个以上的不同的谐振频率。
具体的，本发明中的非对称情形可以有以下几个实施例。
图1所示为本发明第一实施例的结构示意图。图2是其另一视角图。在本实施例中，如图1所示，处于介质基板a表面的第一微槽结构41及第二微槽结构42其均为开口螺旋环结构，第一微槽结构41及第二微槽结构42不相通，但是其尺寸的不同导致二者结构的非对称；同样，如图2所示，处于介质基板b表面的第三微槽结构71及第四微槽结构72其均为开口螺旋环结构，但是其尺寸的不同导致二者结构的非对称；使得天线具有至少两个以上的谐振频率。另外，本实施例中，介质基板a表面上的第一金属片4、第一馈线2、第一微槽结构41及第二微槽结构42在b表面的投影分别与第二金属片7、第二馈线8、第三微槽结构71及第四微槽结构72重合，这样做的好处是简化工艺。
图3所示为本发明第二实施例的结构示意图。由于介质基板b表面的结构与a表面的结构相同，故此图只表示了a面的结构。本实施例中，处于介质基板a表面的第一微槽结构41及第二微槽结构42其均为开口螺旋环结构，且具有相同的尺寸，第一微槽结构41及第二微槽结构42不相通，但是由于第一微槽结构41及第二微槽结构42二者位置上的设置导致二者结构的非对称。
图4所示为本发明第三实施例的结构示意图。由于介质基板b表面的结构与a表面的结构相同，故此图只表示了a面的结构。本实施例中，处于介质基板a表面的第一微槽结构41为互补式螺旋线结构，第二微槽结构42为开口螺旋环结构，第一微槽结构41及第二微槽结构42不相通，很明显，第一微槽结构41及第二微槽结构42非对称。
另外，在上述三个实施例中，第一微槽结构及第二微槽结构还可以通过在金属片上镂空一条新的槽来实现第一微槽结构及第二微槽结构的连通。连通后第一微槽结构及第二微槽结构仍然为非对称结构，因此，对本发明的效果不会有太大的影响，同样可以使得天线具有至少两个以上的谐振频率。
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 (7)

1.一种天线，其特征在于，所述天线包括介质基板、附着在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非对称的第一微槽结构及第二微槽结构，所述第二金属片上镂空非对称的第三微槽结构及第四微槽结构，所述第一馈线与第二馈线电连接，所述第一馈线与第二馈线通过金属化通孔或导线连接；
所述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；
其中，所述第一金属片与第二金属片不连接或连接；
当所述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；通过改变所述介质基板的厚度实现第一金属片与第二金属片的谐振；
当所述第一金属片与第二金属片连接的情况下，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，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。
2.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。
3.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。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第三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，所述第四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，所述第一金属片及第二金属片为铜片或银片。
7.一种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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Patentee after: Tibet Dagze stern Industrial Development Co. Ltd.

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Patentee before: Tibet Dagze stern Industrial Development Co. Ltd.

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Application publication date: 20121128

Assignee: Shenzhen Guangqi metamaterials Technology Co. Ltd.

Assignor: Shenzhen Guangqi Hezhong Technology Co., Ltd.

Contract record no.: 2017440020031

Denomination of invention: Antenna and multiple input multiple output (MIMO) antenna with same

Granted publication date: 20150527

License type: Exclusive License

Record date: 20170426

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Patentee after: KUANG-CHI INSTITUTE OF ADVANCED TECHNOLOGY

Address before: 518000 Guangdong, Shenzhen, Nanshan District, Nanhai Road, West Guangxi Temple Road North Sunshine Huayi Building 1 15D-02F

Patentee before: SHEN ZHEN KUANG-CHI HEZHONG TECHNOLOGY Ltd.