CN103730719B - 一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线 - Google Patents
一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103730719B CN103730719B CN201310701343.6A CN201310701343A CN103730719B CN 103730719 B CN103730719 B CN 103730719B CN 201310701343 A CN201310701343 A CN 201310701343A CN 103730719 B CN103730719 B CN 103730719B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- microstrip
- fed
- feed
- substrate
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002955 isolation Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 30
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 17
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- PEZNEXFPRSOYPL-UHFFFAOYSA-N (bis(trifluoroacetoxy)iodo)benzene Chemical compound FC(F)(F)C(=O)OI(OC(=O)C(F)(F)F)C1=CC=CC=C1 PEZNEXFPRSOYPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006880 cross-coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线，包括基板、终端开路的槽天线和具有微带解耦结构的微带馈电电路，其中基板为具有旋转对称结构的双面印刷电路板，微带馈电电路刻制在基板的金属材质的正面，槽天线刻制在基板的反面，基板上有用于馈电的馈电通孔与用于匹配的短路通孔，微带馈电电路由标准的微带馈电线及相应的微带解耦结构组成，微带馈电线跨过槽天线通过耦合对其进行馈电，并通过短路通孔进行匹配；微带解耦结构连接微带馈电线，以提供一个新的耦合分量，与相连处原有耦合分量进行对消，从而实现解耦；本发明缩小了天线尺寸，实现了高隔离和定向辐射特性，可应用在采用MIMO技术的小型无线通信设备中。
Description
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别涉及一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线。
背景技术
近年来，随着技术的发展与进步，人们对无线通信速率的要求越来越高。随着信道容量逼近香农极限，传统的提升通信速率的方式由于无线通信中的频带和功率受限，越来越难以取得重大的突破。在这一背景下，新兴的空域资源，成为了了人们研究的热点。多输入多输出（Multiple Input MultipleOutput,以下简称MIMO)技术正是在这一背景下应运而生。MIMO技术是指在无线通信的收发端都采用多单元的天线，通过去除不同天线单元接收信号的相关性，寻找空间中存在的多条通信信道，成倍增加信道容量的一项技术。它的有效性很大程度取决于天线中，不同天线单元接收信号的相关性。因此，MIMO天线设计在MIMO系统设计中，起着决定性的作用。
MIMO天线的性能指标衡量上,主要包括天线的尺寸、工作频带、天线单元间的隔离度、带宽以及增益。传统的MIMO天线设计，多为基站等尺寸不受限制的安装环境，天线单元无需进行小型化设计。同时，为了减小天线单元间的互耦，提高天线单元接收信号的不相关性，天线单元间距一般设计为大于半个波长。随着无线技术的发展，手持式无线设备等小型无线设备也希望采用MIMO技术提高通信速率。为了能将MIMO天线应用在小型无线设备有限的空间中，天线单元本身必须重新设计，在保证带宽和增益的前提下，尽量缩减尺寸。在这一方面，常规的思路是使用高电介质常数材料作为天线的基材，如使用陶瓷介质制作天线。然而，相对与传统的印刷电路板工艺，其成本较高，难以得以大规模应用。
同时，针对缩小尺寸带来的天线单元间的高互耦，必须采用新的解耦方式来提高天线单元间的隔离度。考虑到互耦产生的原因主要是通过天线单元间场的空间耦合和共地造成的地电流耦合，一般采用的方式有两种：一是将天线单元设计为正交的极化模式，如采用槽天线单元与PIFA天线单元相结合组成MIMO天线；二是对天线的地面进行特殊设计，如采用开槽或引入周期性结构。然而，前者天线工作模式不统一，方向图特性和增益特性不理想，而后者结构多与波长相关，则难以对尺寸进行进一步压缩。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线，采用旋转对称结构和采用T型终端开路槽天线设计，该天线尺寸得到了有效的控制，利用在天线馈电部分引入的解耦机构，它在小尺寸下，实现了高隔离，定向辐射特性，可以应用在采用MIMO技术的小型无线通信设备中。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线，包括基板、终端开路的槽天线和具有微带解耦结构的微带馈电电路，其中：
基板为具有旋转对称结构的双面印刷电路板，微带馈电电路刻制在基板的金属材质的正面上，槽天线刻制在基板的反面上，基板上有用于馈电的馈电通孔与用于匹配的短路通孔，馈电通孔与微带馈电电路连接，短路通孔同时连接槽天线所在的金属地和微带馈电电路；
射频信号通过欧姆同轴线馈入，同轴线的中心导体与馈电通孔相连，外导体与槽天线所在的金属地相连，将信号馈入微带馈电电路；
微带馈电电路由标准的微带馈电线及相应的微带解耦结构组成，微带馈电线跨过槽天线通过耦合对其进行馈电，并通过短路通孔进行匹配；微带解耦结构连接微带馈电线，以提供一个新的耦合分量，与相连处原有耦合分量进行对消，从而实现解耦。
所述槽天线由三个T型结构槽组成，三个T型结构槽的水平边位于反面中心，竖直边的终端开路，三个T型结构槽旋转对称；所述微带馈电线有三个，旋转对称，微带解耦结构位于三个微带馈电线的中央将其连接为一体，微带解耦结构也为旋转对称结构。
所述每个微带馈电线一端对应基板上的一个馈电通孔，另一端对应基板上的一个短路通孔，基板上共计三个馈电通孔，三个短路通孔。
与现有技术相比，本发明可以很好地与采用MIMO技术的小型无线设备集成，该天线基于标准的印刷电路板工艺，可有效降低工艺需求和制造成本。通过采用T型结构的终端开路槽天线，并将其旋转对称式的排布在圆形基板上，天线所占用的面积得到了有效的缩减。针对小尺寸多天线带来的强互耦，该发明在馈电部分引入了微带式的解耦结构。该解耦结构添加了新的耦合路径与原有耦合进行对消，获得了很好的解耦效果。由于采用了旋转对称结构，每个天线的辐射特性相同，且波束具有旋转对称性，在工作带宽内，天线的方向图具有定向辐射特性。
附图说明
图1为本发明的三维结构示意图。
图2为本发明的二维结构示意图，其中包括(a)正面,(b)侧面和(c)背面视角。
图3为本发明的一个实施例，其中包括(a)正面,(b)侧面和(c)背面视角的具体尺寸。该具体实施例应用于采用MIMO技术的2.4GHz无线局域网（WLAN）设备。
图4为该具体实施例下该天线设计的(a)S参数以及(b)方向图特性。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明为一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线。为了缩减天线所占用的面积，该设计采用了圆盘式结构，三个天线单元呈120度的旋转对称分布在圆盘形的印刷电路基板1上。每个单元为终端开路的槽天线2，并采用了微带式的馈电方式，其辐射方向为沿径向方向的定向波束。为了进一步缩减槽天线的尺寸，在槽天线的设计上，采用了T型的结构，其径向尺寸约为八分之一波长。
由于天线单元的排布非常紧凑，三个天线单元间存在着强互耦。为了进行解耦，本发明在馈电部分引入了微带式解耦结构。该结构将三个天线单元的馈电结构进行互连，当天线工作时，馈电端的一部分信号（能量）馈入槽天线，激励其进行辐射，另一部分沿着该微带式解耦结构到达相邻两天线的端口。通过设计解耦结构微带线的长度与宽度，可以调整这一信号（能量）的幅度与相位特征，从而使得该信号（能量）与互耦在端口处产生的信号（能量）幅度相等，相位相反，实现互耦信号对消，也即天线单元间的解耦。
在制作工艺上，该设计采用了传统槽天线一致的双面印刷电路板工艺，以降低制造成本。由于整个天线所占面积极小，这一设计可以很好的与采用MIMO技术的小型无线设备集成。
下面给出了一个应用于2.4GHz无线局域网频段的具体实施例，并结合附图予以说明：
如图1和图2，该MIMO天线包括一块基于双面印刷电路板工艺的基板1，基板1的形状为圆形，也可依据具体应用及外壳设计，设计为任意具有旋转对称性的结构。基板1具有一定厚度，其正面11上刻有具有微带解耦结构的微带馈电电路3，反面12上刻有旋转对称的三个终端开路的槽天线2。基板1采用印刷电路板的通孔工艺，预留了馈电通孔4与用于匹配的短路通孔5，馈电通孔4仅与微带馈电电路3相连，短路通孔5同时与微带馈电电路3和槽天线2所在的金属地相连，形成短路。
槽天线2由三个T型结构槽组成，三个T型结构槽的水平边位于反面12中心，竖直边的终端开路，三个T型结构槽旋转对称，为共金属地设计，在尺寸不受限的情况下，也可采用标准的槽天线结构；这三个终端开路的槽天线2由微带馈电电路3进行馈电；射频信号通过标准的50欧姆同轴线馈入，同轴线的中心导体与基板1上的馈电通孔4相连，外导体与三个终端开路的槽天线2所在的金属地相连，将信号馈入微带馈电电路3。
微带馈电电路3由标准的微带馈电线31及中央的微带解耦结构32组成；微带馈电线31有三个，旋转对称，微带解耦结构32位于三个微带馈电线31的中央将其连接为一体，微带解耦结构32也为旋转对称结构。微带馈电线31跨过槽天线2，通过耦合对终端开路的槽天线2进行馈电，并通过短路通孔5进行匹配；微带解耦结构32将三条微带馈电线31相连，通过引入一个新的耦合分量，与相连端口处原有的耦合分量进行对消，从而实现解耦。
在馈电时，信号（能量）由50欧姆标准同轴线通过馈电通孔4馈入微带馈电电路3。该馈电电路将一部分信号（能量）直接由微带馈电线31耦合馈入到槽天线2上，激励其进行辐射，并将另一部分信号（能量）沿着微带解耦结构32，传递到相邻两个终端开路的槽天线2的端口处，与原先从空间及地面传递过来的互耦信号对消，从而实现相邻天线间的解耦。
在设计中，基板1和槽天线2的介电常数、尺寸与结构决定了天线的谐振频率，微带馈电电路3的尺寸以及馈电通孔4、短路通孔5的位置决定了天线的阻抗特性和互耦特性。通过进行优化调整设计，可以实现小尺寸，低互耦和定向辐射的工作特性。
图3给出了其应用于采用MIMO技术的2.4GHz无线局域网（WLAN）设备的一个实施例。其中图3(a)给出了微带馈电电路3的相关尺寸参数，图3(b)给出了基板1的厚度及尺寸等相关参数，图3(c)给出了槽天线2的相关参数，基板1所采用的是基于FR-4的板材，电介质常数4.4，损耗角0.02。采用该参数设计的实施例的S参数特性由图4(a)给出，可以看到，在WLAN工作频带2.41GHz-2.49GHz内，天线的反射系数S11<-10dB,与相邻天线的互耦S12<-15dB，在中心频率处，天线的互耦S12<-20dB，性能优异。图4(b)给出了其辐射方向图特性，可以看到，在中心频率处，每个端口都为定向波束，且具波束有旋转对称性，最大增益1.28dB，非常适合应用于MIMO技术的无线通信设备。
由此可见，本发明三单元MIMO天线结构，可大大缩减天线工作尺寸，同时获得了高隔离（实施例中工作频带内S21<-15dB）、小尺寸（圆片形结构，直径约为四分之一波长）、定向辐射（实施例中工作频带内最高增益1.3dB）等优良的工作特性。其成本低廉、便于大规模生产使用，非常适合应用于采用MIMO技术的小型无线通信设备。
Claims (2)
1.一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线，其特征在于，包括基板(1)、终端开路的槽天线(2)和具有微带解耦结构的微带馈电电路(3)，其中：
基板(1)为具有旋转对称结构的双面印刷电路板，微带馈电电路(3)刻制在基板(1)的金属材质的正面(11)上，槽天线(2)刻制在基板(1)的反面(12)上，基板(1)上有用于馈电的馈电通孔(4)与用于匹配的短路通孔(5)，馈电通孔(4)与微带馈电电路(3)连接，短路通孔(5)同时连接槽天线(2)所在的金属地和微带馈电电路(3)；
射频信号通过50欧姆同轴线馈入，同轴线的中心导体与馈电通孔(4)相连，外导体与槽天线(2)所在的金属地相连，将信号馈入微带馈电电路(3)；
微带馈电电路(3)由标准的微带馈电线(31)及相应的微带解耦结构(32)组成，微带馈电线(31)跨过槽天线(2)通过耦合对其进行馈电，并通过短路通孔(5)进行匹配；微带解耦结构(32)连接微带馈电线(31)，以提供一个新的耦合分量，与相连处原有耦合分量进行对消，从而实现解耦；
所述槽天线(2)由三个T型结构槽组成，三个T型结构槽的水平边位于反面(12)中部，竖直边的终端开路，三个T型结构槽旋转对称；所述微带馈电线(31)有三个，旋转对称，微带解耦结构(32)位于三个微带馈电线(31)的中央将其连接为一体，微带解耦结构(32)也为旋转对称结构。
2.根据权利要求1所述的基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线，其特征在于，所述每个微带馈电线(31)一端对应基板(1)上的一个馈电通孔(4)，另一端对应基板(1)上的一个短路通孔(5)，基板(1)上共计三个馈电通孔(4)，三个短路通孔(5)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310701343.6A CN103730719B (zh) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310701343.6A CN103730719B (zh) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103730719A CN103730719A (zh) | 2014-04-16 |
| CN103730719B true CN103730719B (zh) | 2015-08-19 |
Family
ID=50454705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310701343.6A Active CN103730719B (zh) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103730719B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105591195A (zh) * | 2015-04-30 | 2016-05-18 | 滕崴 | 卫星导航系统终端宽带微带天线 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010028491A1 (en) * | 2008-09-15 | 2010-03-18 | Tenxc Wireless Inc. | Patch antenna, element thereof and feeding method therefor |
| CN102265459A (zh) * | 2008-12-23 | 2011-11-30 | 斯凯克罗斯公司 | 多端口天线 |
| CN102386482A (zh) * | 2010-09-06 | 2012-03-21 | 旭丽电子(广州)有限公司 | 多回圈天线系统及具有该多回圈天线系统的电子装置 |
| CN102447163A (zh) * | 2010-10-08 | 2012-05-09 | 中国移动通信集团设计院有限公司 | 一种宽频带双极化全向天线及馈电方法 |
| CN102570004A (zh) * | 2010-12-02 | 2012-07-11 | Pc-Tel,公司 | IEEE 802.11n多入多出应用的IFS波束成型天线 |
| CN202423551U (zh) * | 2011-12-14 | 2012-09-05 | 电子科技大学 | 一种三角形排列的mimo天线 |
| CN102904022A (zh) * | 2011-09-09 | 2013-01-30 | 香港应用科技研究院有限公司 | 部分对称耦合的微带缝隙馈电贴片天线元件 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7075493B2 (en) * | 2002-05-01 | 2006-07-11 | The Regents Of The University Of Michigan | Slot antenna |
| US20100289701A1 (en) * | 2009-05-15 | 2010-11-18 | Microsoft Corporation | Antenna configured for bandwidth improvement on a small substrate. |
-
2013
- 2013-12-18 CN CN201310701343.6A patent/CN103730719B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010028491A1 (en) * | 2008-09-15 | 2010-03-18 | Tenxc Wireless Inc. | Patch antenna, element thereof and feeding method therefor |
| CN102265459A (zh) * | 2008-12-23 | 2011-11-30 | 斯凯克罗斯公司 | 多端口天线 |
| CN102386482A (zh) * | 2010-09-06 | 2012-03-21 | 旭丽电子(广州)有限公司 | 多回圈天线系统及具有该多回圈天线系统的电子装置 |
| CN102447163A (zh) * | 2010-10-08 | 2012-05-09 | 中国移动通信集团设计院有限公司 | 一种宽频带双极化全向天线及馈电方法 |
| CN102570004A (zh) * | 2010-12-02 | 2012-07-11 | Pc-Tel,公司 | IEEE 802.11n多入多出应用的IFS波束成型天线 |
| CN102904022A (zh) * | 2011-09-09 | 2013-01-30 | 香港应用科技研究院有限公司 | 部分对称耦合的微带缝隙馈电贴片天线元件 |
| CN202423551U (zh) * | 2011-12-14 | 2012-09-05 | 电子科技大学 | 一种三角形排列的mimo天线 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Novel F-Shaped Quad-Band Printed Slot Antenna for WLAN andWiMAXMIMO Systems;Reza Karimian.et al;《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》;20130311;第12卷;论文第405-408页 * |
| Ultra-Compact Three-Port MIMO Antenna With High Isolation and Directional Radiation Patterns;Han Wang.et al;《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》;20140730;第13卷;论文第1545-1548页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103730719A (zh) | 2014-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11552385B2 (en) | Feed network of base station antenna, base station antenna, and base station | |
| US8854270B2 (en) | Hybrid multi-antenna system and wireless communication apparatus using the same | |
| US9525212B2 (en) | Feeding network, antenna, and dual-polarized antenna array feeding circuit | |
| CN103858277B (zh) | 一种三极化天线 | |
| CN106469848B (zh) | 一种基于双谐振模式的宽带差分贴片天线 | |
| CN101246997B (zh) | 宽带阵列天线的馈电网络 | |
| EP3214700A1 (en) | Intelligent antenna device | |
| CN102104185A (zh) | 多输入多输出阵列天线 | |
| CN102842756B (zh) | 双极化mimo天线阵 | |
| EP2688143B1 (en) | Unipolar, bipolar, and hybrid mimo antenna | |
| US7812768B2 (en) | Multiple input multiple output antenna | |
| CN107809008B (zh) | 基于180度混合环的带内全双工天线 | |
| CN102280696A (zh) | 半波传输去耦小间距微带阵列天线 | |
| TW201044692A (en) | Multi-antenna for a multi-input multi-output wireless communication system | |
| CN106299618A (zh) | 一种基片集成波导平面端射圆极化天线 | |
| CN202855895U (zh) | 双极化mimo天线阵 | |
| CN106299668A (zh) | 一种差分馈电宽带双极化平面基站天线 | |
| CN104157987A (zh) | 一种小型化mimo超宽带天线 | |
| CN104882677A (zh) | 具有高共模抑制比的差分缝隙mimo天线 | |
| JP5662247B2 (ja) | アンテナ装置 | |
| CN204741070U (zh) | 天线装置 | |
| CN210040568U (zh) | 单层同轴馈电双极化微带阵列天线 | |
| CN204651491U (zh) | 具有高共模抑制比的差分缝隙mimo天线 | |
| JP4157135B2 (ja) | 円偏波アンテナ | |
| CN104638347A (zh) | 一种宽带双极化平面基站天线 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |