CN104716433B - 一种多输入多输出天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种输入多输出天线系统。本发明实施例的输入多输出天线系统包括：基板以及至少两个偶极天线，基板具有第一表面和第二表面，第一表面上设置有接地元件，每个偶极天线均包括：位于第一表面的第一走线和第一辐射臂，以及位于第二表面的第二走线和第二辐射臂，第一走线与接地元件相连，第一辐射臂与第一走线相连，第二走线与基板的馈入接口相连，第二辐射臂与第二走线相连，第一辐射臂和第二辐射臂的指向为相反方向，位于基板相同表面的辐射臂的朝向均为同一时针方向，通过输入多输出天线系统的中位于基板相同表面的每个辐射臂的朝向均为同一时针方向，而且每个偶极天线均是共地，进而可以提高天线间的隔离度，减少天线间的干扰。

Description

一种多输入多输出天线系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种多输入多输出天线系统。

背景技术

目前，由于多输入多输出（MIMO，Multiple-Input Multiple-Output）天线系统，提高性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖范围，而且在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高，所以被广泛应用于第四代移动通信技术标准中，例如，IEEE802.16e(Wimax)，长期演进(LTE，Long Term Evolution)，还被广泛用于新一代无线局域网（WLAN，Wireless Local Area Network）标准。

但是由于MIMO天线系统中的天线比较多，很容易造成天线间的辐射干扰，一般情况下，是通过增加天线间的物理或者空间的距离来增加减少天线间的干扰，提高隔离度，如果在一个比较小的印刷电路板（PCB，Printed circuit board）板上设置天线空间有限，那么通过增加天线间的距离是无法达到减少天线间的干扰，提高隔离度的目的。

发明内容

本发明提供一种多输入多输出天线系统，能够解决在紧凑的PCB上无法达到减少天线间的干扰，提高隔离度的问题。

本发明实施例提供的多输入多输出天线系统，该天线系统，包括：基板以及至少两个偶极天线；所述基板具有第一表面和第二表面；所述第一表面上设置有接地元件；

每个所述偶极天线均包括：位于所述第一表面的第一走线和第一辐射臂，以及位于所述第二表面的第二走线和第二辐射臂；

所述第一走线与所述接地元件相连；

所述第一辐射臂与所述第一走线相连；

所述第二走线与所述基板的馈入接口相连；

所述第二辐射臂与所述第二走线相连；

所述第一辐射臂和所述第二辐射臂的指向为相反方向；

位于所述基板相同表面的辐射臂的朝向均为同一时针方向。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例中，通过MIMO天线系统中位于基板相同表面的每个辐射臂的朝向均为同一时针方向，而且每个偶极天线均是共地，进而可以提高天线间的隔离度，减少天线间的干扰。

附图说明

图1为本发明实施例中输入多输出天线系统一个实施例示意图；

图2为本发明实施例中输入多输出天线系统另一实施例示意图；

图3为本发明实施例中输入多输出天线系统另一实施例示意图；

图4为本发明实施例中输入多输出天线系统另一实施例示意图；

图5为本发明实施例中输入多输出天线系统另一实施例示意图；

图6为本发明实施例中输入多输出天线系统另一实施例示意图；

图7a为本发明实施例中偶极天线20XY平面辐射示意图；

图7b为本发明实施例中偶极天线20XZ平面辐射示意图；

图7c为本发明实施例中偶极天线20YZ平面辐射示意图；

图8a为本发明实施例中偶极天线30XY平面辐射示意图；

图8b为本发明实施例中偶极天线30XZ平面辐射示意图；

图8c为本发明实施例中偶极天线30YZ平面辐射示意图；

图9为本发明实施例中输入多输出天线系统中偶极天线20和偶极天线30之间的隔离度的示意图；

图10为本发明实施例中输入多输出天线系统中偶极天线40、偶极天线50和偶极天线60之间的隔离度的示意图；

图11为本发明实施例中输入多输出天线系统中偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100之间的隔离度的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种多输入多输出天线系统，能够提高天线间的隔离度，减少天线间的干扰。

本发明实施例提供的一种多输入多输出天线系统，其中该MIMO天线系统，包括：基板和至少两个偶极天线，为了便于说明，本实施例以该MIMO天线系统包括两个偶极天线为例进行说明，请参照图1，图1是MIMO天线系统从第二表面的俯视示意图，该MIMO天线系统包括：基板10、偶极天线20和偶极天线30，基板10具有第一表面和第二表面（图1中未示出），第一表面上设置有接地元件11，偶极天线20和偶极天线30的结构是相同的，偶极天线20和偶极天线30的相同结构的标记相同，所以仅以偶极天线20为例进行说明，对偶极天线30的说明省略。

偶极天线20包括：位于第一表面的第一走线201和第一辐射臂202以及位于第二表面的第二走线203和第二辐射臂204；

第一走线201与接地元件11相连，第一辐射臂202与第一走线201相连；

第二走线203与基板10的馈入接口相连（图1中未示出），第二辐射臂204与第二走线203相连；

第一辐射臂202和第二辐射臂204的指向为相反方向；

位于基板10相同表面的辐射臂的朝向均为同一时针方向。

本实施例中，基板10的第一表面为基板10的底表面，基板10的第二表面为基板10的顶表面，第一辐射臂202和第二辐射臂204的指向为相反方向，可以理解为，MIMO天线系统中的每个偶极天线中包含的两个辐射臂的指向是相反方向。

另外，位于基板10相同表面的辐射臂的朝向均为同一时针方向，辐射臂的朝向为从与该辐射臂相连的走线沿该辐射臂的方向，位于基板10第一表面的两个第一辐射臂202的朝向均为顺时针方向，位于基板10第二表面的两个第二辐射臂204的朝向均为逆时针方向，当然图1中所示的辐射臂的朝向仅仅是一个例子，位于基板10第一表面的两个第一辐射臂202的朝向还可以均为逆时针方向，位于基板10第二表面的两个第二辐射臂204的朝向还可以均为顺时针方向，而且两个偶极天线20的第一辐射臂202均是通过各自相连的第一走线201连接到同一个接地元件11上。

本实施例中，通过MIMO天线系统的中位于基板10相同表面的每个辐射臂的朝向均为同一时针方向，以及偶极天线20和偶极天线30共同连接一个接地元件11，进而可以提高天线间的隔离度，减少天线间的干扰。

上述利用图1说明的偶极天线20和30形状仅仅是一个例子，下面对图1中的偶极天线20和30的可取的形状和结构做进一步的说明，由于偶极天线20和偶极天线30的结构是相同的，所以仅以偶极天线20为例进行说明，对偶极天线30的说明省略，请参照图2，图2（a）为图1的分解立体示意图，图2（b）为图2（a）中偶极天线20的放大示意图，图1、图2中具有相同结构的标记是相同的，本发明实施例提供的MIMO天线系统，包括：

基板10、偶极天线20和偶极天线30；

基板10具有第一表面101和第二表面102，第一表面101设置有接地元件11。

图2（b）中偶极天线20包括：位于基板10第一表面101（图2（b）未示出，请参照图2（a））的第一走线201和第一辐射臂202以及位于第二表面102（图2（b）未示出，请参照图2（a））的第二走线203和第二辐射臂204。

第一走线201的一端与接地元件11（图2（b）未示出，请参照图2（a））相连，第一走线201的另一端形成与第一辐射臂202连接的第一端部2011，该第一端部2011为弯曲形，当然，除了图2（b）所示的第一端部2011为弯曲形之外，第一端部2011还可以为直角形或者圆弧形，第一端部2011为直角形也可以理解为第一走线201与第一辐射臂202为垂直关系，可选地，相较于第一端部2011为其它形状时，该第一端部2011弯曲的角度为钝角时，第一辐射臂202的辐射效果好。

第二走线203的一端与馈入接口（图中未示出）相连，第二走线203的另一端形成与第二辐射臂204连接的第二端部2031，第二端部2031为弯曲形，当然，除了图2（b）所示的第二端部2031为弯曲形之外，第二端部2031还可以为直角形或者圆弧形，第二端部2031为直角形也可以理解为第二走线203与第二辐射臂204为垂直关系，可选地，相较于第二端部2031为其它形状时，该第二端部2031弯曲的角度为钝角时，第二辐射臂204的辐射效果好。

本实施例中的第一走线201的宽度大于或者等于第二走线203的宽度，第一辐射臂202或者第二辐射臂204的形状不限于图2（b）中的长条形，第一辐射臂202或者第二辐射臂204也可以是勾形或者弓形或者圆弧形（如图2（a）中偶极天线30的第一辐射臂202和第二辐射臂204的形状为勾形），第一辐射臂202或者第二辐射臂204还可以是其它形状，第一辐射臂202或者第二辐射臂204的形状可以根据基板10的大小进行调整，但是第一辐射臂202和第二辐射臂204的长度均要小于或者等于偶极天线20或偶极天线30传输的射频信号波长的1/4。

需要说明的是，本发明实施例中的MIMO天线系统中的每个偶极天线传输的射频信号的波长均相同。

请参照图2（a），基板10为PCB板，基板10的形状不做限定，基板10的第一表面101为底表面，基板10的第二表面102为顶表面，偶极天线20和偶极天线30可以印刷在PCB板上，基板10的长度及宽度取决于相邻两个偶极天线（即图1中偶极天线20和偶极天线30）之间的距离，相邻两个偶极天线（即图1中偶极天线20和偶极天线30）之间的距离等于或大于偶极天线20或偶极天线30传输的射频信号波长的1/10。

第一表面101上设置有接地元件11，接地元件11的尺寸取决于第一走线201或者第二走线203的长度，第一走线201的长度等于或大于偶极天线20或偶极天线30传输的射频信号波长的1/8，第二走线203的长度等于或大于偶极天线20或偶极天线30传输的射频信号波长的1/8，接地元件11的形状不限定于图2（a）中的形状，接地元件11还可以是方形或者圆形等其它形状，MIMO天线系统中偶极天线的数量由接地元件11的形状确定，但是并不代表一种接地元件11的形状的偶极天线的数量是固定值，接地元件11为方形或者圆形的实施例后续会进行说明，具体说明参照后续的实施例。

从图2（a）中可以看出，第一辐射臂202和第二辐射臂204的指向为相反方向，而且位于基板10相同表面的辐射臂的朝向均是同一时针方向，辐射臂的朝向为从与该辐射臂相连的走线沿该辐射臂的方向，例如，图2（a）中位于第二表面102中的两个第二辐射臂204的朝向均是逆时针方向，位于第一表面101中的两个第一辐射臂202的朝向均是顺时针方向，当然辐射臂的朝向不仅仅限于图2（a）中的时针方向，具体地，位于第一表面101的两个第一辐射臂202的朝向还可以均为逆时针方向，位于第二表面102的两个第二辐射臂204的朝向还可以均为顺时针方向。

另外，本实施例的偶极天线20的第一辐射臂202是通过相连的偶极天线20的第一走线201连接到接地元件11上，偶极天线30的第一辐射臂202是通过相连的偶极天线30的第一走线201连接到接地元件11上的，也就是说，MIMO天线系统中的偶极天线是共同连接一个接地元件。

需要说明的是，本发明实施例提供的MIMO天线系统中的偶极天线的工作频率相同。

本实施例中，通过MIMO天线系统中位于基板10相同表面的每个辐射臂的朝向均为同一时针方向，以及偶极天线20和偶极天线30共同连接一个接地元件11，进而可以提高天线间的隔离度，减少天线间的干扰。

上述是对MIMO天线系统中包括2个偶极天线的实施例，下面为MIMO天线系统中包括3个偶极天线，本发明实施例提供一种MIMO天线系统，请参照图3和图4，图3是MIMO天线系统从第二表面的角度的透视示意图，图4为图3的分解立体示意图，MIMO天线系统包括：

基板10、偶极天线40、偶极天线50及偶极天线60；

基板10具有第一表面101和第二表面102；

第一表面101设置有接地元件11。

偶极天线40、偶极天线50及偶极天线60的形状和构造与偶极天线20相同，所以省略偶极天线40、偶极天线50及偶极天线60的形状和构造的说明，具体地请参照上述实施中对偶极天线20的说明。

通过上述的实施例可知，接地元件11的形状可以为多种，本实施例的接地元件11的形状为圆形，此时偶极天线的数量为3个，但不限于3个，当圆形的尺寸增大时，偶极天线的数量也可以增加。

从图4可以看出，基板10的相同表面的辐射臂的朝向均是同一时针方向的，即位于第一表面101的三个第一辐射臂202的朝向均是顺时针方向，位于第二表面102的三个第二辐射臂204的朝向均是逆时针方向，而且偶极天线40、偶极天线50及偶极天线60是共同连接一个接地元件11的。

本实施例中，通过MIMO天线系统中位于基板10相同表面的每个辐射臂的朝向均为同一时针方向，以及偶极天线40、偶极天线50及偶极天线60共同连接一个接地元件11，进而可以提高天线间的隔离度，减少天线间的干扰。

上述是对MIMO天线系统中包括3个偶极天线的实施例，下面对MIMO天线系统中包括4个偶极天线进行说明，本发明实施例提供一种MIMO天线系统，请参照图5和图6，图5为MIMO天线系统从第二表面的角度的透视示意图，图6为图5的分解立体示意图，MIMO天线系统包括：

基板10、偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100；

基板10具有第一表面101和第二表面102；

第一表面102设置有接地元件11。

偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100的形状和构造与偶极天线20相同，所以省略偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100的形状和构造的说明，具体地请参照上述实施中对偶极天线20的说明。

通过上述的实施例可知，接地元件11的形状可以为多种，本实施例的接地元件11的形状为方形，此时偶极天线的数量为4个，但不限于4个。

从图6可以看出，基板10的相同表面的辐射臂的朝向均是同一时针方向的，即位于第一表面101的四个第一辐射臂202的朝向均是逆时针方向，位于第二表面102的四个第二辐射臂204的朝向均是顺时针方向，而且偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100是共同连接一个接地元件11。

本实施例中，通过MIMO天线系统中位于基板10相同表面的每个辐射臂的朝向均为同一时针方向，以及偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100共同连接一个接地元件11，进而可以提高天线间的隔离度，减少天线间的干扰。

图7a、图7b及图7c分别为本发明实施例提供的MIMO天线系统中偶极天线20的XY平面、XZ平面及YZ平面的辐射示意图，其中偶极天线20的工作频率为2.45，从图7a、图7b及图7c中可以分析出偶极天线20的效率为90%，增益为3.95。

图8a、图8b及图8c分别为本发明实施例提供的MIMO天线系统中偶极天线30的XY平面、XZ平面及YZ平面的辐射示意图，其中偶极天线30的工作频率为2.45，从图8a、图8b及图8c中可以分析出偶极天线30的效率约为90%，增益为4.01。

图9为本发明实施例提供的MIMO天线系统中偶极天线20和偶极天线30之间的隔离度的示意图，如图9所示的坐标系统中，横坐标为GHz，纵坐标为dB，曲线A为偶极天线20的回波损耗的曲线，曲线B为偶极天线30的回波损耗的曲线，曲线a为偶极天线20和偶极天线30的隔离度曲线，由于偶极天线20和偶极天线30的工作频率相同，选取偶极天线的中心频率2.45GHz作为偶极天线20和偶极天线30的工作频率，此时偶极天线20和偶极天线30之间的隔离度约为-25dB，而现有技术中MIMO天线系统中天线间的隔离度一般是在-8dB。

从图7、图8和图9可以看出在保持偶极天线的高效率及高增益的同时，与现有技术相比，明显地提高了偶极天线20和偶极天线30之间的隔离度，减少偶极天线20和偶极天线30之间的干扰。

图10为本发明实施例提供的MIMO天线系统中偶极天线40、偶极天线50和偶极天线60之间的隔离度的示意图，如图10所示的坐标系统中，横坐标为GHz，纵坐标为dB，曲线C、D和E分别为偶极天线40、偶极天线50和偶极天线60回波损耗的曲线，曲线b包括三个几乎重叠的曲线，曲线b为偶极天线40、偶极天线50和偶极天线60中每个两个偶极天线之间的隔离度，由于偶极天线40、偶极天线50和偶极天线60的工作频率相同，选取偶极天线的中心频率2.45GHz作为偶极天线40、偶极天线50和偶极天线60的工作频率，此时偶极天线40、偶极天线50和偶极天线60中每两个偶极天线之间的隔离度约为-14.7dB，而现有技术中MIMO天线系统中天线间的隔离度一般是在-8dB，与现有技术相比，明显地提高了偶极天线40、偶极天线50和偶极天线60之间的隔离度，减少了偶极天线40、偶极天线50和偶极天线60之间的干扰。

图11为本发明实施例提供的MIMO天线系统中偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100之间的隔离度的示意图，如图11所示的坐标系统中，横坐标为GHz，纵坐标为dB，曲线F为偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90或偶极天线100回波损耗的曲线，曲线c为相邻两个偶极天线间的（即偶极天线70与偶极天线80之间，偶极天线80与偶极天线90之间，偶极天线90与偶极天线100之间，偶极天线100与偶极天线70之间）的隔离度，曲线d为相对的两个偶极天线之间（即，偶极天线70与偶极天线90之间，偶极天线80与偶极天线100之间）的隔离度，由于偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100的工作频率相同，选取偶极天线的中心频率2.45GHz作为偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100的工作频率，偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100中相邻的两个偶极天线之间的隔离度约为-13dB，偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100中相对的两个偶极天线之间的隔离度约为-24dB，而现有技术中MIMO天线系统中天线间的隔离度一般是在-8dB，与现有技术相比，明显地提高了偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100之间的隔离度，减少了偶极天线70、偶极天线80、偶极天线90和偶极天线100之间的干扰。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种多输入多输出MIMO天线系统，其特征在于，包括：基板以及至少两个偶极天线；

所述基板具有第一表面和第二表面；

所述第一表面上设置有接地元件；

每个所述偶极天线均包括：位于所述第一表面的第一走线和第一辐射臂，以及位于所述第二表面的第二走线和第二辐射臂；

所述第一走线与所述接地元件相连；

所述第一辐射臂与所述第一走线相连；

所述第二走线与所述基板的馈入接口相连；

所述第二辐射臂与所述第二走线相连；

所述第一辐射臂和所述第二辐射臂的指向为相反方向；

位于所述基板相同表面的辐射臂的朝向均为同一时针方向；

所述第一辐射臂和第二辐射臂的长度均小于或者等于所述偶极天线传输的射频信号波长的1/4，且每个偶极天线传输的射频信号的波长均相同；

所述偶极天线的数量由所述接地元件的形状以及尺寸确定，所述接地元件的尺寸取决于所述第一走线或者所述第二走线的长度，所述第一走线的长度等于或大于所述偶极天线传输的射频信号波长的1/8。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一走线的一端与所述接地元件相连，所述第一走线的另一端形成与所述第一辐射臂连接的第一端部，所述第一端部为弯曲形或者直角形。

3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第二走线的一端与所述馈入接口相连，所述第二走线的另一端形成与所述第二辐射臂连接的第二端部，所述第二端部为弯曲形或者直角形。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第一走线的宽度大于或者等于所述第二走线的宽度。

5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一辐射臂或者第二辐射臂为长条形或者勾形或者弓形或者圆弧形。