CN103187634B - 一种由多个定向天线组成的mimo天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由多个定向天线组成的MIMO天线，包括两个偶极子、带有一个焊盘的共面带状线和微带基片，微带线、微带基片；所述偶极子为两个，这两个偶极子之间平行放置并连接在共面带状线的两端；所述偶极子和微带线都设置在微带基片的下表面，微带线在微带基片的上表面；所述微带线的一端通过过孔与共面带状线连在一起，另一端与设置在焊盘上的馈电探针连接；本专利不仅克服了现有的四单元MIMO天线阵无法同时实现小互耦、宽带宽、小尺寸等问题，还克服了现有MIMO天线阵的带宽、隔离度无法独立控制的问题，且结构紧凑，尺寸小，成本低，特性好，再不引入任何反射器和引向器的情况下，每个H形偶极子都实现很好的定向性。

Description

一种由多个定向天线组成的MIMO天线

技术领域

本发明涉及无线通讯天线，尤其涉及一种由多个定向天线组成的MIMO天线。

背景技术

目前无线通信面临的主要问题是如何提供更高的数据传输速率。传统的无线通信系统是采用一个发射天线和一个接收天线的通信系统，即所谓的单输入单输出（SISIO）天线系统。SISO天线系统在信道容量上具有一个通信上不可突破的颈瓶——Shannon容量限制，不管采用哪种调制技术、编码策略或者其他方法，无线信道总是给无线通信工程做了一个实际的物理限制。在不增加频谱带宽和发射功率的条件下，使用多天线分集技术，可以提高发射/接收信号信噪比,增大系统的容量。近年来，主要通过多元发射天线阵列，单元接收单天线（MISO天线系统）来实现分集增益。因为移动终端设备的有限空间，SIMO（单输入多输出）天线系统的应用造成移动终端的处理复杂，故其可行性低。但是无论是MISO或SIMO系统，当天线数目达到一定数目时，信道容量的改善非常小。而MIMO（多输入多输出）系统才是真正能通过分集增益来实现大幅度提高信道容量的无线通信系统，而且其信道容量随着天线数目的增加而增大。MIMO系统是指在收、发端同时采用多根天线的系统，信道容量与系统天线数目成线性比例关系，增大天线的数目，信道容量有大幅度的提高。MIMO技术已经被视为第四代移动通信技术的重要组成部分而受到通信界的强烈关注。

MIMO天线设计是MIMO通信技术的主要三大关键技术之一。对于基站而言，因为可用空间大，多天线技术的应用容易得到实现。但是对于手持设备来说，将多个天线集成在小空间中，会引起很大的互耦，天线的分集性能就随之下降，无法达到信道容量与MIMO天线系统的天线数目成线性比例增量的趋势。如何减小天线单元间的耦合是MIMO天线设计的难点，目前减小耦合的主要方法有：采用EBG地板结构，在地板上嵌入细缝，加入反射单元，或者增加地板分支。现有的MIMO天线设计主要都是采用以上四种方法之一来减小互耦，但是天线单元数目一般为二，而且大部分设计的带宽都比较窄。数量不多的已经报道的四单元MIMO天线设计，它们的带宽更小，隔离度更低，尺寸也比较大，无法满足小型多功能手持设备的要求。

在现有的MIMO天线阵设计中，主要考虑如何减小天线单元间的互耦问题，不仅没有考虑如何增大阻抗带宽问题，也没有考虑性能独立可控问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供了一种由多个定向天线组成的MIMO天线，解决了四单元MIMO天线阵的窄带宽、隔离度低、尺寸大、不能独立可控等技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种由多个定向天线组成的MIMO天线，每个定向天线包括两个偶极子、馈电、以及连接馈电与偶极子的传输线；还包括带有一个焊盘的共面带状线、微带基片、微带线和微带基片；所述偶极子为两个，这两个偶极子之间平行放置并连接在共面带状线的两端；所述偶极子和微带线都设置在微带基片的下表面，微带线在微带基片的上表面；所述微带线的一端通过过孔与共面带状线连在一起，另一端与设置在焊盘上的馈电探针连接。

所述两个偶极子之间相距四分之一波长；所述馈电探针的位置偏离两个偶极子的中心八分之一波导波长。

所述两个偶极子的相位相差90°；所述偶极子的形状呈H形、三角形、梯形或者多边形中的任意一种形状。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、克服了现有的四单元MIMO天线阵无法同时实现小互耦、宽带宽、小尺寸等问题。

2、克服了现有MIMO天线阵的带宽、隔离度无法独立控制的问题，且结构紧凑，尺寸小，成本低，特性好。

3、由多个定向天线组成的MIMO天线采用平面结构，集成到电路板上很容易，因此，本型定向天线组成的MIMO天线比较三维结构的MIMO天线阵更适合集成到移动终端设备系统上。

4、由多个定向天线组成的MIMO天线，再不引入任何反射器和引向器的情况下，每个H形偶极子都实现很好的定向性。

附图说明

图1为本发明的平面结构示意图。

图2是采用本发明组成的MIMO天线阵列。

图3是图2中MIMO天线一个端口的反射系数仿真与测试的曲线。

图4是图2中的MIMO天线各单元之间的隔离曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1所示，本发明由多个定向天线组成的MIMO天线，每个定向天线包括两个偶极子1、馈电、以及连接馈电与偶极子的传输线；还包括带有一个焊盘6的共面带状线2、微带基片7、微带线5和微带基片7；这两个偶极子1之间平行放置并连接在共面带状线2的两端,两个偶极子1之间相距四分之一波长；所述偶极子1和微带线2都设置在微带基片7的下表面，微带线5在微带基片7的上表面；所述微带线5的一端通过过孔3与共面带状线2连在一起，另一端与设置在焊盘6上的馈电探针4连接。

所述馈电探针4的位置偏离这两个偶极子1的中心八分之一波导波长两个偶极子1的相位相差90°。

所述偶极子1的形状呈H形、三角形、梯形或者多边形中的任意一种形状。

通过控制馈电探针4的位置控制两个偶极子1上的电流和相位，使他们朝一个方向的辐射抵消，这样在没有加任何引向器和反射器的情况下，就实现了很好的定向性。实际应用中，可将H形偶极子1构成的四个定向天线组成MIMO天线，这样在减小MIMO天线尺寸的同时各单元之间仍然保持了较好的隔离。

实际应用中，可将偶极子1印刷在FR4（介电常数4.4）的微带基片上，是细长的长方形。偶极子1通过共面带状线馈电。能量从同轴线（图中未示出）输入，转化到一段微带线上，最后通过共面带状线对偶极子馈电。

偶极子1可以用金属导体，也可以是印刷在其它微带基片上的偶极子。对偶极子的馈电的传输线可以是同轴线、平板传输线、微带传输线、双绞线。微带基片7的介电常数可以从1-100。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种由多个定向天线组成的MIMO天线，其特征在于：所述MIMO天线是由四个定向天线单元构成的天线阵列，且每个定向天线单元的偶极子与其相邻的一个定向天线单元的偶极子相互垂直；

每个定向天线包括两个偶极子、馈电、以及连接馈电与偶极子的传输线；该MIMO天线还包括一个带焊盘的共面带状线、微带基片和微带线；这两个偶极子之间平行放置并连接在共面带状线的两端；所述偶极子和微带线都设置在微带基片的下表面，微带线在微带基片的上表面；所述微带线的一端通过过孔与共面带状线连在一起，另一端与设置在焊盘上的馈电探针连接；所述微带线通过过孔连接在共面带状线的端部位置，并与偶极子相邻；

所述两个偶极子之间相距四分之一波长；

所述馈电探针的位置偏离这两个偶极子的中心八分之一波导波长；

所述两个偶极子的相位相差90°。

2.根据权利要求1所述的由多个定向天线组成的MIMO天线，其特征在于：所述偶极子的形状呈H形、三角形、梯形或者多边形中的任意一种形状。