CN103985961A - 一种电磁带隙结构、电磁带隙结构组合及移动终端mimo天线 - Google Patents

一种电磁带隙结构、电磁带隙结构组合及移动终端mimo天线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电磁带隙结构、电磁带隙结构组合及移动终端MIMO天线。该结构包括金属贴片，所述金属贴片上具有金属过孔。该天线包括天线元件、金属底板、第一介质层以及第二介质层，所述金属底板、所述第一介质层、所述第二介质层以及所述天线元件依次堆叠，其特征在于，所述第一介质层和所述第二介质层之间设置有所述的电磁带隙结构，所述金属过孔贯穿所述第一介质层而连接所述金属贴片和所述金属底板。本发明提供的电磁带隙结构可以看作高阻电路，可以减小表面波损耗，从而提高了天线的增益，有效的增加了辐射效率，并且采用现有常规印刷电路板制造工艺，包括覆铜与过孔，与PCB板制作工艺相同，易于实现。

Description

一种电磁带隙结构、电磁带隙结构组合及移动终端MIMO天线
技术领域
本发明涉及天线，尤其涉及一种电磁带隙结构、电磁带隙结构组合及移动终端MIMO天线。
背景技术
为了应对数据的需求，多输入多输出(MIMO)得到了广泛地应用。MIMO系统可以极大地提高无线通信系统的容量和频谱利用率，并能够有效地对抗多径衰落，成为当今移动通信传输系统的关键技术之一。由于MIMO系统要求在移动终端上安装多个MIMO天线，因此需要尽量减小天线的齿轮，并且还要满足相应的贷款、增益、隔离度等电性能指标，才能更准确地保证传输效率以及辐射效率。
为了提高天线隔离度，主要有以下措施：(1)将天线单元设计成不同形状并严格设计天线摆放位置，比如将天线单元垂直放置，这样有利于增加其极化特性及辐射特性从而实现每个天线的正常工作，但是这样具有局限性，天线必须设计成不同结构；(2)用微带线连接天线单元或者馈电端口，当天线单元被激励时，电流在微带线部分聚集，与地板耦合，等效成具有频带截止特性的电感电容--滤波器系统，从而达到增加隔离度的目的，此种方法适用于微带贴片天线模型；(3)采用多层辐射贴片分布在多层不同介质板上，在不同平面进行能量辐射，大大减少了相互耦合，这样需要的整体厚度比较大；(4)在地板开阵列矩形缝隙，使电流聚集，减少能量的流动，达到减小耦合增大隔离度的效果，此种方法加工精度要求很高。上述几种方案各有弊，但缺乏灵活性，难以适应目前快速发展的通信行业现状。
发明内容
为了解决上述的技术问题，提供了一种电磁带隙结构、电磁带隙结构组合及移动终端MIMO天线，其目的在于，有效地增加MIMO天线的隔离度，实现各自辐射效率增加和通信数据传输速率的提高。。
本发明提供了一种电磁带隙结构，该结构包括金属贴片，所述金属贴片上具有金属过孔。
优选地，所述金属过孔的轴心与所述金属贴片的中心不重合。
优选地，所述金属过孔位于所述金属贴片的中部。
优选地，所述金属贴片具有四个T形结构与中心连接的螺旋状结构。
本发明提供了一种电磁带隙结构组合，其特征在于，该组合包括若干个所述的结构，该若干个结构按照特定图案排列。
优选地，所述特定图案为倒T形图案。
本发明提供了一种移动终端MIMO天线，该天线包括天线元件、金属底板、第一介质层以及第二介质层，所述金属底板、所述第一介质层、所述第二介质层以及所述天线元件依次堆叠，所述第一介质层和所述第二介质层之间设置有所述的电磁带隙结构，所述金属过孔贯穿所述第一介质层而连接所述金属贴片和所述金属底板。
本发明提供了一种移动终端MIMO天线，该天线包括天线元件、金属底板、第一介质层以及第二介质层，所述金属底板、所述第一介质层、所述第二介质层以及所述天线元件依次堆叠，所述第一介质层和所述第二介质层之间设置有所述的电磁带隙结构组合，所述金属过孔贯穿所述第一介质层而连接所述金属贴片和所述金属底板。
本发明提供了一种移动终端，该移动终端具有所述的MIMO天线。
本发明提供的电磁带隙结构可以看作高阻电路，可以减小表面波损耗，从而提高了天线的增益，有效的增加了辐射效率，并且采用现有常规印刷电路板制造工艺，包括覆铜与过孔，与PCB板制作工艺相同，易于实现，效益高。
附图说明
图1是电磁带隙结构单元和过孔的规格参数示意图；
图2是电磁带隙结构整体的布局俯视图；
图3是电磁带隙结构整体的布局三维视图；
图4是MIMO天线规格参数示意图；
图5是未加入电磁带隙结构的MIMO天线整体示意图；
图6是加入电磁带隙结构后的MIMO天线整体示意图；
图7是加入电磁带隙结构之后整体侧视示意图；
图8是未加入电磁带隙结构时MIMO天线的s11参数示意图；
图9是未加入电磁带隙结构时MIMO天线的s21参数示意图；
图10是加入电磁带隙结构后MIMO天线的s11参数示意图；
图11是加入电磁带隙结构后MIMO天线的s21参数示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。
为了提高天线的隔离度，本发明提供了一种电磁带隙结构(或称为电磁带隙单元)，该结构包括金属贴片，所述金属贴片上具有金属过孔。在使用该电磁带隙结构时，金属过孔可以贯穿介质板，金属贴片则通过金属过孔与介质另一侧的金属底板相连，从而构成一个谐振型电磁带隙结构。金属过孔轴心与金属贴片中心可以不重合，因而存在一定偏移。优选地，金属过孔轴心位于金属贴片的中部。
电磁带隙结构如图1所示，实际中是将为8mm×8mm的正方形金属贴片刻蚀缝隙得到，缝隙宽度均为1mm。刻蚀后得到四个T形结构与中心连接的螺旋状结构，较大地增加了相邻两个电磁带隙(Electromagnetic Band Gap)结构单元之间的等效电感。金属贴片通过半径为0.3mm，高度为2mm的圆柱金属过孔与底板连接。本发明中的金属过孔轴心并未和金属贴片的中心重合，因为当过孔的位置发生偏移时，就会产生两个谐振频率，分别向低频和高频偏移，从而可以实现调节谐振频率的目的。本发明中过孔轴心偏离金属贴片中心0.6mm。
如上所述，本发明中的电磁带隙结构由具有金属过孔的金属贴片构成，过孔贯穿介质板，金属贴片则通过金属过孔与介质另一侧的金属板相连，从而构成一个谐振型电磁带隙结构。其中相邻金属贴片单元之间的缝隙形成电容C，金属化孔连接的回路形成电感L，从而形成一个并联的LC谐振电路。
电磁带隙结构组合如图2所示，其由7个电磁带隙结构构成一个倒“T”形，相比矩形布局形式，节省了较多结构单元体和结构空间。其中相邻电磁带隙结构的间距为0.1mm。图3为金属贴片与金属过孔组合的电磁带隙结构整体3维布局示意图。
本发明提供了一种移动终端多输入多输出(MIMO)天线，其在原有天线基础上增加了如上所述的电磁带隙结构。电磁带隙结构是从光子带隙结构发展而来的一种周期性结构，能够在一定程度上控制电磁波的传播，可以应用于微带天线中，设置计在天线单元之间作为高阻电路来抑制基底的表面波，抑制高次谐波，降低天线单元吸收到的其他天线单元辐射的能量，增大隔离度。
作为示例，本发明使用电磁带隙结构是对一种工频为2.6GHz的LTE移动终端MIMO天线进行隔离度改进。该天线的具体规格如图4所示。其中W1＝15.6mm，W2＝1.3mm，W3＝1.05mm，W4＝1.05mm，W5＝1mm，L1＝19mm，L2＝5mm。MIMO天线整体结构，以及介质板和金属底板的规格如图5所示。天线位于介质最上方，底板为倒“T”形结构的金属板，位于最下方，天线与底板之间有两层介质，上层为FR4_epoxy介质，介电常数为4.4，厚度为0.51mm；下层为Rogers RO3010介质，介电常数为10.2，厚度为2mm。加入的电磁带隙结构的金属贴片部分刻蚀在两层介质中间，而金属过孔则贯穿Rogers RO3010介质，连接金属贴片和下层金属底板。本发明中的金属过孔采用铜质。加入电磁带隙结构的MIMO天线整体示意图如图6所示，整体侧视图如图7所示。
图8和图10分别为加入电磁带隙结构前后对天线回波损耗参数的影响示意图。电磁带隙结构的加入，并未影响天线的谐振频率，而且s11参数在-15dB以下，保证了设计要求。
图9和图11分别为加入电磁带隙结构前后对天线隔离度参数的影响示意图，电磁带隙结构的加入，使隔离度从-24dB增大到-32dB，隔离度有了显著提高。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (9)

1.一种电磁带隙结构，其特征在于，该结构包括金属贴片，所述金属贴片上具有金属过孔。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属过孔的轴心与所述金属贴片的中心不重合。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属过孔位于所述金属贴片的中部。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属贴片具有四个T形结构与中心连接的螺旋状结构。
5.一种电磁带隙结构组合，其特征在于，该组合包括若干个根据权利要求1-4任意一项所述的结构，该若干个结构按照特定图案排列。
6.根据权利要求5所述的组合，其特征在于，所述特定图案为倒T形图案。
7.一种移动终端MIMO天线，该天线包括天线元件、金属底板、第一介质层以及第二介质层，所述金属底板、所述第一介质层、所述第二介质层以及所述天线元件依次堆叠，其特征在于，所述第一介质层和所述第二介质层之间设置有根据权利要求1-4任意一项所述的电磁带隙结构，所述金属过孔贯穿所述第一介质层而连接所述金属贴片和所述金属底板。
8.一种移动终端MIMO天线，该天线包括天线元件、金属底板、第一介质层以及第二介质层，所述金属底板、所述第一介质层、所述第二介质层以及所述天线元件依次堆叠，其特征在于，所述第一介质层和所述第二介质层之间设置有根据权利要求5或6所述的电磁带隙结构组合，所述金属过孔贯穿所述第一介质层而连接所述金属贴片和所述金属底板。
9.一种移动终端，其特征在于，该移动终端具有根据权利要求7或8所述的MIMO天线。
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