CN104600416B - 高隔离度的mimo天线系统及无线通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高隔离度的MIMO天线系统及无线通信装置，其中，该MIMO天线系统包括PCB板以及MIMO天线组件，所述PCB板上设置有天线净空区，所述MIMO天线组件安装于天线净空区，所述MIMO天线组件包括基材、陷波器结构、天线组以及馈电部，所述基材设置于PCB板的三个边缘；所述天线组包括第一天线组、第二天线组及第三天线组，任意一天线组均包括长支天线以及短支天线，所述长支天线与短支天线隔离设置；所述陷波器组件包括第一陷波器、第二陷波器以及第三陷波器，所述馈电部各自对应于所有天线组中长支天线及短支天线设置于PCB板上。本发明结构紧凑，具有较好隔离度，通信可靠。

Description

高隔离度的MIMO天线系统及无线通信装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种高隔离度的MIMO天线系统及无线通信装置。

背景技术

MIMO(多输入多输出)是一种用于无线通信的天线技术，在这种技术中，多路天线同时用于源(发射器)和目的地(接收器)。在通信回路每一端的天线都进行了组合以达到最小的误差和最优的数据传输速度。MIMO是智能天线技术几种形式中的一种，其他的几种是MISO(多路进，一路出)和SIMO(一路进，多路出)。

传统的无线通信中，单根天线在源头使用，另一根天线在目的地使用。在某些情况下，这样的设计产生了多径效应的问题。当一个电磁场遇到障碍物如山峰、峡谷、建筑物以及设施线等时，波阵面被分散，从而电磁波沿着多条路经到达目的地。信号散射部分的后到者引起了如衰减、花样(陡壁效应)以及间歇接受(尖桩篱栅)等问题。

在无限互联网等数字通信系统中，它会造成数据传输速度的减慢和错误的增加。两根或多根天线的使用，配合在源和目的地的多路信号传输(一根天线传一路)，消除了由多径传播造成的干扰，甚至能对这种效应的优点加以利用。MIMO天线主要应用于数字电视(DTV)、无限局域网(WLANs)、都市区域网(MANs)和手机通信中。

随着MIMO天线的使用越来越广泛，而通信装置的天线已经不局限于2*2的组合，更多天线的使用已经在逐渐普及，这就需要在有限的空间中需要放置更多的天线，天线间的物理距离变得很紧逼，隔离度问题就变得关键，高隔离度是确保天线系统性能的前提。为此，有必要对上述的MIMO天线结构作进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构紧凑，占空面积小，隔离性能较佳的MIMO天线系统及无线通信装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种高隔离度的MIMO天线系统，包括PCB板以及MIMO天线组件，所述PCB板上设置有天线净空区，所述MIMO天线组件安装于天线净空区，所述MIMO天线组件包括基材、陷波器结构、天线组以及馈电部，所述基材设置于PCB板的三个边缘；

所述天线组包括第一天线组、第二天线组及第三天线组，三个天线组各自安装于PCB板对应侧的基材上，任意一天线组均包括长支天线以及短支天线，所述长支天线与短支天线隔离设置；

所述陷波器组件包括第一陷波器、第二陷波器以及第三陷波器，所述第一陷波器与第三陷波器对称地设置于基材上，所述PCB板的上侧开设有匹配第二陷波器的凹槽；

所述馈电部的数量为六，六个馈电部各自对应于所有天线组中长支天线及短支天线设置于PCB板上。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案为：提供一种无线通信装置，包括壳体以及天线系统，所述天线系统安装于壳体上，所述天线系统为上述的高隔离度的MIMO天线系统。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术中的MIMO天线结构体积较大或者隔离度较差的问题，本发明提供了一种高隔离度的MIMO天线系统，包括PCB板以及MIMO天线组件，具体的，该所述MIMO天线组件包括基材、陷波器结构、天线组以及馈电部，天线组的数量为三个，绕于PCB板的三个边缘设置，结构紧凑，有利于小型化的设计；同时还增设有对称设置的第一陷波器及第三陷波器，以及内凹于PCB板上侧的第二陷波器，能够起到较佳的隔离效果，能够保证天线的通信质量，提高天线的整合性能。

附图说明

图1为本发明高隔离度的MIMO天线系统的结构示意图；

图2为本发明高隔离度的MIMO天线系统的立体结构示意图；

图3为本发明中六个馈电部的回波损耗曲线图；

图4为本发明中第一馈电部与第二至六馈电部的隔离度曲线图；

图5为本发明中第二馈电部与第三至六馈电部的隔离度曲线图；

图6为本发明中第三馈电部与第四至六馈电部的隔离度曲线图；

图7为本发明中第四馈电部与第五至六馈电部的隔离度曲线图；

图8为本发明中第五馈电部与第六馈电部的隔离度曲线图；

图9为加入陷波器前后的第一馈电部及第三馈电部的隔离度曲线图；

图10为加入陷波器前后的第一馈电部及第六馈电部的隔离度曲线图；

图11为加入陷波器前后的第三馈电部及第六馈电部的隔离度曲线图。

标号说明：

1、PCB板； 21、第一长支天线； 22、第一短支天线；

23、第二长支天线； 24、第二短支天线； 25、第三短支天线；

26、第三长支天线； 3、基材； 41、第一陷波器；

42、第二陷波器； 43、第三陷波器； 51、第一馈电部；

52、第二馈电部； 53、第三馈电部； 54、第四馈电部；

55、第五馈电部； 56、第六馈电部。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于:本方案采用的天线组的数量为三个，并且绕于PCB板的三个边缘设置，结构紧凑，有利于小型化的设计，同时能够提高通信质量；同时还增设有对称设置的第一陷波器及第三陷波器，以及内凹于PCB板上侧的第二陷波器，能够起到较佳的隔离效果。

实施例一

请参照图1以及图2，一种高隔离度的MIMO天线系统，包括PCB板1以及MIMO天线组件，所述PCB板1上设置有天线净空区，所述MIMO天线组件安装于天线净空区，所述MIMO天线组件包括基材3、陷波器结构、天线组以及馈电部，所述基材3设置于PCB板1的三个边缘；

所述天线组包括第一天线组、第二天线组及第三天线组，三个天线组各自安装于PCB板1对应侧的基材3上，任意一天线组均包括长支天线以及短支天线，所述长支天线与短支天线隔离设置；其中，第一天线组包括第一长支天线21与第一短支天线22，第二天线组包括第二长支天线23与第二短支天线24，第三天线组包括第三长支天线26与第三短支天线25；

所述陷波器组件包括第一陷波器41、第二陷波器42以及第三陷波器43，所述第一陷波器41与第三陷波器43对称地设置于基材3上，所述PCB板1的上侧开设有匹配第二陷波器42的凹槽；第二陷波器42从主板电流流向上改变各频段的相对路径改善天线间的隔离度。

所述馈电部的数量为六，分别为第一馈电部51、第二馈电部52、第三馈电部53、第四馈电部54、第五馈电部55及第六馈电部56，六个馈电部各自对应于所有天线组中长支天线及短支天线设置于PCB板1上。上述的6路天线均采用monopole天线(四分之一波长)结构，在满足回波损耗的前提下提高天线间的隔离度，便于生产和在其他同类型方案中的反复利用。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：区别于现有技术中的MIMO天线结构体积较大或者隔离度较差的问题，本发明提供了一种高隔离度的MIMO天线系统，包括PCB板1以及MIMO天线组件，具体的，该所述MIMO天线组件包括基材3、陷波器结构、天线组以及馈电部，天线组的数量为三个，绕于PCB板1的三个边缘设置，结构紧凑，有利于小型化的设计；同时还增设有对称设置的第一陷波器41及第三陷波器43，以及内凹于PCB板1上侧的第二陷波器42，能够起到较佳的隔离效果，能够保证天线的通信质量，提高天线的整合性能。

作为一优选的方案，所述基材3设置于PCB板1的左侧、上侧以及右侧，所述第一陷波器41及第三陷波器43设置于PCB板1上侧的基材3上。PCB板1的左侧、上侧以及右侧按照图示位置表述，并非对天线组的位置方向限定，具体的安装位置可以根据实际的设计要求来确定。

作为一优选的方案，所述第一陷波器41的自由端向第一天线组中的长支天线弯曲形成“┏”形，所述第三陷波器43的自由端向第一天线组中的短支天线弯曲形成“┓”形。第一陷波器41及第三陷波器43能够起到较佳的隔离效果。

作为一优选的方案，所述第一陷波器41及第三陷波器43的电长度接近2.4G频段的四分之一波长。第一陷波器41及第三陷波器43的电长度近似2.4G频段的四分之一波长，满足monopole天线的要求。

作为一优选的方案，所述第二陷波器42的形状为“弓”字形、“工”字形、“L”形及“T”形中任意一种。凹槽的宽度和深度与第二陷波器42适配，而第二陷波器42的宽度和深度对于天线接地的影响较大。另外，除上述形状外，还可以是其它的几何形状，能够对PCB板接地进行调整。

作为一优选的方案，所述第一天线组中的第一长支天线21及第一短支天线22垂直设置于PCB板1上侧的基材3上，所述第二天线组中的第二长支天线23及第二短支天线24水平设置于PCB板1左侧的基材3上，且第二长支天线23靠近第一长支天线21，所述第三天线组中的第三长支天线26及第三短支天线25水平设置于PCB板1右侧的基材3上，且第三长支天线26靠近第一短支天线22。上述的PCB板1的左侧、上侧、右侧按照图示位置表述，并非对天线组的位置方向限定，具体的安装位置可以根据实际的设计要求来确定。

作为一优选的方案，所述长支天线支持的频率为2.4GHz-2.484GHz，所述短支天线支持的频率为5.2GHz-5.9GHz。长支天线支持2.4G频段，而短支天线支持5G频段。

作为一优选的方案，所述基材3的材质为耐燃材料，基材3的介电常数为4.3。耐燃材料能够提高基材3的耐久度，提高整个天线的使用寿命。

作为一优选的方案，所述基材3表面镀有铜层。具有较佳的防腐蚀及导电性能。

为更好的对本方案进行说明，下面以PCB板尺寸为120mm*64mm*1mm，基材为耐燃材料(FR4)的MIMO天线系统的性能进行测试，参阅图3-图11，图3为本方案的六个馈电部的回波损耗曲线图，图中共计6个回波损耗数据，天线回波损耗均满足小于-8dB的设计需求。由于是无源器件，满足天线的端口互易性原则，所以隔离度共计15种组合，图3为本发明中六个馈电部的回波损耗曲线图，图4为本发明中第一馈电部与第二至六馈电部的隔离度曲线图，图5为本发明中第二馈电部与第三至六馈电部的隔离度曲线图，图6为本发明中第三馈电部与第四至六馈电部的隔离度曲线图，图7为本发明中第四馈电部与第五至六馈电部的隔离度曲线图，图8为本发明中第五馈电部与第六馈电部的隔离度曲线图，图4-图8的隔离度共计15种状态。从数据看隔离度指标在目标频段均在-15dB以内，达到较高的隔离度性能。图9到图11本方案中陷波器部分加入前后对2.4G频段的影响对比情况，其中，图9为加入陷波器前后的第一馈电部及第三馈电部的隔离度曲线图，图10为加入陷波器前后的第一馈电部及第六馈电部的隔离度曲线图，图11为加入陷波器前后的第三馈电部及第六馈电部的隔离度曲线图。从数据看陷波器不加，数据均有大幅度的恶化，加入后对于隔离度的改善非常明显。所有天线的在不同频率的天效率测试值如表1所示，从数据看天线效率在所在目标频段均大于-3dB，满足良好的辐射性能。

Ant.1

Ant.2

Ant.3

Ant.4

Ant.5

Ant.6

freq.(GHz)

eff.(dB)

eff.(dB)

eff.(dB)

eff.(dB)

eff.(dB)

eff.(dB)

2.4

‐2.8

‐13.8

‐1.7

‐16.6

‐12

‐2.5

2.45

‐2.6

‐13.4

‐1.6

‐15.7

‐11.9

‐2.2

2.5

‐2.8

‐13.1

‐1.5

‐14.7

‐11.7

‐2

5.1

‐9.1

‐1.4

‐10.6

‐2.1

‐1.7

‐13.7

5.2

‐9

‐1.4

‐11

‐2.1

‐1.5

‐13.8

5.3

‐8.8

‐1.3

‐11.4

‐2

‐1.5

‐13.8

5.4

‐8.7

‐1.2

‐11.8

‐1.9

‐1.4

‐13.7

5.5

‐8.5

‐1.1

‐12.2

‐1.8

‐1.4

‐13.6

5.6

‐8.3

‐1.1

‐12.6

‐1.7

‐1.4

‐13.5

5.7

‐8

‐1.2

‐13

‐1.6

‐1.3

‐13.5

5.8

‐7.7

‐1.2

‐13.4

‐1.5

‐1.3

‐13.4

5.9

‐7.4

‐1.3

‐13.9

‐1.5

‐1.3

‐13.2

表1

实施例二

一种无线通信装置，包括壳体以及天线系统，所述天线系统安装于壳体上，所述天线系统为高隔离度的MIMO天线系统，包括PCB板以及MIMO天线组件，所述PCB板上设置有天线净空区，所述MIMO天线组件安装于天线净空区，所述MIMO天线组件包括基材、陷波器结构、天线组以及馈电部，所述基材设置于PCB板的三个边缘；所述天线组包括第一天线组、第二天线组及第三天线组，三个天线组各自安装于PCB板对应侧的基材上，任意一天线组均包括长支天线以及短支天线，所述长支天线与短支天线隔离设置；所述陷波器组件包括第一陷波器、第二陷波器以及第三陷波器，所述第一陷波器与第三陷波器对称地设置于基材上，所述PCB板的上侧开设有匹配第二陷波器的凹槽；所述馈电部的数量为六，六个馈电部各自对应于所有天线组中长支天线及短支天线设置于PCB板上。

综上所述，本发明提供的一种高隔离度的MIMO天线系统，包括PCB板以及MIMO天线组件，具体的，该所述MIMO天线组件包括基材、陷波器结构、天线组以及馈电部，天线组的数量为三个，绕于PCB板的三个边缘设置，结构紧凑，有利于小型化的设计；同时还增设有对称设置的第一陷波器及第三陷波器，以及内凹于PCB板上侧的第二陷波器，在确保WIFI效率的性能的前提下，能够起到较佳的隔离效果，能够保证天线的通信质量，提高天线的整合性能。另外，第一天线组分别与第二天线组及第三天线组正交设置，极化方向正交可以进一步改善天线中间的隔离度。

本发明还提供的一种无线通信装置，该无线通信装置应用上述的MIMO天线系统，具有较佳的天线性能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种高隔离度的MIMO天线系统，包括PCB板以及MIMO天线组件，所述PCB板上设置有天线净空区，所述MIMO天线组件安装于天线净空区，其特征在于，所述MIMO天线组件包括基材、陷波器结构、天线组以及馈电部，所述基材设置于PCB板的三个边缘；

所述天线组包括第一天线组、第二天线组及第三天线组，三个天线组各自安装于PCB板对应侧的基材上，任意一天线组均包括长支天线以及短支天线，所述长支天线与短支天线隔离设置；

所述陷波器结构包括第一陷波器、第二陷波器以及第三陷波器，所述第一陷波器与第三陷波器对称地设置于基材上，所述PCB板的上侧开设有匹配第二陷波器的凹槽；

所述馈电部的数量为六，六个馈电部各自对应于所有天线组中长支天线及短支天线设置于PCB板上；

所述第一天线组中的第一长支天线及第一短支天线分别垂直设置于PCB板上侧的基材上，所述第二天线组中的第二长支天线及第二短支天线分别沿水平方向贴设于PCB板左侧的基材上，且第二短支天线靠近第一长支天线，所述第三天线组中的第三长支天线及第三短支天线分别沿水平方向贴设于PCB板右侧的基材上，且第三长支天线靠近第一短支天线。

2.根据权利要求1所述高隔离度的MIMO天线系统，其特征在于，所述基材设置于PCB板的左侧、上侧以及右侧，所述第一陷波器及第三陷波器设置于PCB板上侧的基材上。

3.根据权利要求2所述高隔离度的MIMO天线系统，其特征在于，所述第一陷波器的自由端向第一天线组中的长支天线弯曲形成“┏”形，所述第三陷波器的自由端向第一天线组中的短支天线弯曲形成“┓”形。

4.根据权利要求1-3任一项所述高隔离度的MIMO天线系统，其特征在于，所述第一陷波器及第三陷波器的电长度接近2.4G频段的四分之一波长。

5.根据权利要求1所述高隔离度的MIMO天线系统，其特征在于，所述第二陷波器的形状为“弓”字形、“工”字形、“L”形及“T”形中任意一种。

6.根据权利要求1所述高隔离度的MIMO天线系统，其特征在于，所述长支天线支持的频率为2.4GHz-2.484GHz，所述短支天线支持的频率为5.2GHz-5.9GHz。

7.根据权利要求1所述高隔离度的MIMO天线系统，其特征在于，所述基材的材质为耐燃材料，基材的介电常数为4.3。

8.根据权利要求1所述高隔离度的MIMO天线系统，其特征在于，所述基材表面镀有铜层。

9.一种无线通信装置，包括壳体以及天线系统，所述天线系统安装于壳体上，其特征在于，所述天线系统为权利要求1-8任一项所述的高隔离度的MIMO天线系统。