CN104157969A - 一种基于调节阻抗匹配技术的宽频带mimo双天线 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是克服现有技术中小尺寸、多频带、宽频带并且隔离效果良好的天线设计困难的问题，提供了一种基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，包括PCB板和设置在PCB板上的介质，所述介质的两端设置有天线本体，所述天线本体由天线辐射部分，馈电枝节，接地点以及馈电点组成；所述天线辐射部分由单极子，耦合缝隙，耦合枝节，接地枝节组成；与现有技术相比，结构简单，可同时实现在多频段内实现小尺寸、宽频带、高性能工作；采用部分折叠的形式，有效的减少了单天线的结构，实现小型化；天线单元之间隔离效果很好，提高阻抗匹配的方式形式简单，极为有效；结构紧凑，为4×4MIMO天线阵列的实现提供一种可能。

Description

一种基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线

技术领域

本发明属于手机天线技术领域，具体涉及一种基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线。

背景技术

近年来，随着无线通信的迅速发展，消费者对移动设备小型化，高可靠性的要求越来越紧迫，而作为移动设备的基础部件—天线的作用日趋重要，因此，移动终端天线的设计被提上日程。

现有的通信体制下，不仅是2G、3G共存的局面，而且还面临着LTE(LongTerm Evolution)和4G的到来，这造成了通信系统多频段共存的局面，同时这种局面要求移动终端天线能够尽量覆盖更多的频段。传统的通信技术难以解决这个问题，要解决这个技术难题，必须着眼于新一代的移动通信技术。

MIMO(Multiple Input-Multiple Output)技术是新一代移动通信系统中的关键技术。它能够在不增加带宽和发射功率的情况下成倍提高系统容量和传输速率。广泛的被认为是LTE和4G的核心技术之一。

MIMO技术的基本原理为发射端与接收端同时采用多天线且天线单元距离足够大，则发-收天线单元间的多径衰落就趋于独立。被认为是分集技术的一种衍生。

目前，应用于移动终端类产品的天线主要采用耦合馈电、附加枝节、开缝和调节匹配等技术实现多频段工作。然而这就使得低频段天线尺寸过大，相应的占用的物理空间就会增大。谐振原理可以突破结构尺寸的限制，减小天线的尺寸。

目前，MIMO天线系统天线间的隔离与天线的阻抗匹配往往是相互矛盾的，怎样使天线即达到阻抗匹配的要求又能实现天线间很好的隔离是个难点。本发明采用地板刻缝的方法改善阻抗匹配，不仅效果明显，而且对天线间的隔离很小。

由于MIMO系统采用多天线，不仅天线之间会产生干扰，还会对其它移动终端环境产生较强的辐射干扰。由于移动通信设备尺寸日益减小，对天线小型化的要求也逐渐提高。因此，小尺寸、多频带、宽频带的单元天线以及良好的隔离效果是MIMO设计中的难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，克服现有技术中小尺寸、多频带、宽频带并且隔离效果良好的天线设计困难的问题。

为此，本发明的技术方案是：一种基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，包括PCB板和设置在PCB板上的介质，所述介质的两端设置有天线本体，所述天线本体由天线辐射部分，馈电枝节，接地点以及馈电点组成；所述天线辐射部分由单极子，耦合缝隙，耦合枝节，接地枝节组成；所述单极子一端内侧连接馈电枝节，馈电枝节的在其延伸方向的端部连接向下弯折的馈电点；所述单极子的外侧设置有耦合枝节，耦合枝节与单极子之间有耦合缝隙；所述耦合枝节通过接地枝节与接地点连接,所述接地点与PCB板的地线连接。

上述天线本体设置在介质的两端的同侧，并且沿介质的横向中轴线对称分布。

上述单极子的一端与沿介质的边沿向上弯折,另一端是沿介质上表面的U型弯折结构。

上述耦合枝节由设置在介质上表面的平铺部分、沿介质的边沿向上弯折的垂直部分、与平铺部分相对的悬空部分组成。

上述的主基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，还包括设置在PCB板上的首尾地板缝隙和中间地板缝隙。

上述首尾地板缝隙有两个，并且以中间地板缝隙为轴心对称，沿PCB板的纵向中轴设置于PCB板的上下两侧。

上述中间地板缝隙有两个，并且以首尾地板缝隙为轴心对称，沿PCB板的横向中轴设置于PCB板的左右两侧。

本发明的有益效果：本发明提供的这种基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线与现有技术相比，具有以下优越功效：

1.本发明的天线结构简单，采用地板刻缝的办法调节阻抗匹配，可同时实现在多频段内实现小尺寸、宽频带、高性能工作。

2.本发明的MIMO天线采用部分折叠的形式，有效的减少了单天线的结构，实现小型化。

3.本发明MIMO天线单元之间隔离效果很好，提高阻抗匹配的方式形式简单，极为有效。

4.本发明MIMO天线结构紧凑，为4×4MIMO天线阵列的实现提供一种可能。

5.天线同时覆盖了LTE Band 13(746-787MHz),W850/900(824-960MHz)，GSM1800/1900(1710-1990MHz)和LTE Band 7(2500-2690MHz)七个频段；实现LTE Band 13和W850/900的隔离度达到-10dB，GSM1800/1900、UMTS和LTE Band 7的隔离度达到-15dB；天线在七个频段工作的总效率均大于40％。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为天线本体的放大图。

图4为天线本体具体尺寸图a。

图5为天线本体具体尺寸图b。

图6为天线的等效电路原理图。

图7为天线的阻抗图。

图8为实施例的S参数结果图。

图9为实施例的主天线总效率曲线图。

图10为实施例的副天线总效率曲线图。

图中：1、PCB板；2、天线辐射部分；3、馈电部分；4、馈电点；5、首尾地板细缝；6、中间地板缝隙；7、接地点；8、介质；21、单极子；22、耦合细缝；23、耦合枝节；24、接地枝节。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1：

为了解决现有技术中小尺寸、多频带、宽频带并且隔离效果良好的天线设计困难的问题，本发明提供了如图1、图2、图3所示一种基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，包括PCB板1和设置在PCB板1上的介质8，所述介质8的两端设置有天线本体，所述天线本体由天线辐射部分2，馈电枝节3，接地点7以及馈电点4组成；所述天线辐射部分2由单极子21，耦合缝隙22，耦合枝节23，接地枝节24组成；所述单极子21一端内侧连接有馈电枝节3的一端连接，馈电枝节3的另一端沿馈电枝节3的延伸方向连接有向下弯折的馈电点4；所述单极子21的外侧设置有耦合枝节23，耦合枝节23与单极子21之间有耦合缝隙22；所述耦合枝节23通过接地枝节24与接地点7连接,所述接地点7与PCB板1的地线连接。

该基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线所包括PCB板1是单面覆铜，介质8还连接有能量馈源，该能量馈源通过50Ω微带线与天线的辐射部分2连接。

上述天线本体设置在介质8的两端的同侧，并且沿介质8的横向中轴线对称分布。

上述单极子21的一端与沿介质8的边沿向上弯折,另一端是沿介质8上表面的U型弯折结构。

上述耦合枝节23由设置在介质8上表面的平铺部分、沿介质8的边沿向上弯折的垂直部分、与平铺部分相对的悬空部分组成。

为了改善上述基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线的阻抗匹配，在PCB板1上还设置有首尾地板缝隙5；为了调整天线高低频整体的S参数，在PCB板1上还设置有中间地板缝隙6；所述首尾地板缝隙5有两个，并且以中间地板缝隙6为轴心对称，沿PCB板1的纵向中轴设置于PCB板1的上下两侧；所述中间地板缝隙6有两个，并且以首尾地板缝隙5为轴心对称，沿PCB板1的横向中轴设置于PCB板1的左右两侧。

在加入中间缝隙6后，天线低频的回波损耗得到改善，基本覆盖了750-900MHz，1400-2000MHz和2500-2760MHz频段。低频的隔离有所减小，但仍在-10dB以下，高频的隔离大概提高了2个dB左右。但在1750-2170MHz频段的阻抗匹配还不能满足设计要求。在加入首尾两条缝5隙后，1750-2170MHz频段满足了设计要求。最后通过微调天线，使得天线指标都满足了要求。

实施例2：

上述实施例1采用天线的几何尺寸情况如下：采用单面覆铜PCB板1的材料为FR4，厚度为0.8mm，大小为65mm*125mm。塑料外壳的相对介电常数为3，损耗角正切为0.06，厚度为1mm，大小为67mm*127mm*11.8mm。单极子21的馈电部分为1.5mm粗细，长度为12.75mm,辐射面部分由22mm*3mm的矩形面片和转折5.8mm再转折5mm的片面三部分组成,其中22mm面片尾部的3mm弯折到天线侧面。

单极子21和耦合枝节23之间的耦合细缝22为0.75mm。耦合枝节23由19mm*3mm的矩形面片(平铺部分)和向上转折5.2mm(垂直部分)再转折19.8mm的面片(悬空部分)三部分组成。

接地枝节24由耦合枝节23上表面引出，引出点距耦合枝节23端面的距离为2mm，由1.5mm*0.5mm的矩形贴片转折17.3mm再向下转折2.2mm再横向转折4mm再向下转折3mm到PCB板1，由PCB板1横向转折2mm，最后紧贴馈电枝节向下转折7.5mm达到接地点7，与馈电枝节3的缝隙为0.1mm。

首尾地板缝隙5为21mm*0.5mm，中间地板缝隙6为31mm*3mm。

如图4、图5所标注的各个段长度如下：c-19mm,d-8.8mm,e-8mm,f-单极子21向侧面弯折3mm，g-19.8mm,

h-5.2mm,i-接地枝节距耦合枝节端面2mm，j-1.5mm,k-2.2mm,l-接地枝节侧面的横向长度4mm,m-3mm,n-接地枝节24在PCB板上的横向长度2mm,o-7.5mm,p-8.25mm,q-4.5mm。

图6所示，天线的单极子等效为串联电感L，耦合馈电缝隙和耦合枝节等效为串联电容C，接地枝节等效为并联电感L1和并联电容C1。其中并联电感主要是由接地枝节本身产生的，而并联电容是由枝节与天线其它部分或者与表面地之间的相互作用产生的。这是由于缝隙改变了地板的表面电流分布，从而改善了高频的阻抗匹配。由于倍频的工作特性，使得天线实现高低频同时工作(见附图7)，最后通过调节参数改变实现相对意义上的高低频独立可调。

图8,9和10，可以看到天线在高性能的工作情况下实现了高隔离度。天线覆盖了LTE Band 13(746-787MHz)，W850/900(824-960MHz)，GSM1800/1900(1710-1990MHz)和LTE Band 7(2500-2690MHz)七个频段。天线低频的隔离度达到-10dB,高频的隔离度达到-15dB。主副天线工作的总效率大于40％。天线的外面有一个塑料壳来模拟手机外壳,这样可以更好地接近实际应用的场景,对于天线的测试效果更加接近实用的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，包括PCB板(1)和设置在PCB板(1)上的介质(8)，所述介质(8)的两端设置有天线本体，其特征在于：所述天线本体由天线辐射部分(2)，馈电枝节(3)，接地点(7)以及馈电点(4)组成；所述天线辐射部分(2)由单极子(21)，耦合缝隙(22)，耦合枝节(23)，接地枝节(24)组成；所述单极子(21)一端内侧连接馈电枝节(3)，馈电枝节(3)在其延伸方向的端部连接向下弯折的馈电点(4)；所述耦合枝节(23)设置于单极子(21)的外侧，耦合枝节(23)与单极子(21)之间留有耦合缝隙(22)；所述耦合枝节(23)通过接地枝节(24)与接地点(7)连接,所述接地点(7)与PCB板(1)的地线连接。

2.如权利要求1所述的主基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，其特征在于：所述天线本体设置在介质(8)的两端的同侧，并且沿介质(8)的中轴线对称分布。

3.如权利要求1所述的基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，其特征在于：所述单极子(21)的一端与沿介质(8)的边沿向上弯折,另一端是沿介质(8)上表面的U型弯折结构。

4.如权利要求1所述的基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，其特征在于：所述耦合枝节(23)由设置在介质(8)上表面的平铺部分、沿介质(8)的边沿向上弯折的垂直部分、与平铺部分相对的悬空部分组成。

5.如权利要求1所述的基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，其特征在于：还包括设置在PCB板(1)上的首尾地板缝隙(5)和中间地板缝隙(6)。

6.如权利要求5所述的基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，其特征在于：所述首尾地板缝隙(5)有两个，并且以中间地板缝隙(6)为轴心对称,沿PCB板(1)的纵向中轴设置于PCB板(1)的上下两侧。

7.如权利要求5所述的基于调节阻抗匹配技术的宽频带MIMO双天线，其特征在于：所述中间地板缝隙(6)有两个，并且以首尾地板缝隙(5)为轴心对称,沿PCB板(1)的横向中轴设置于PCB板(1)的左右两侧。