CN105896033A - 高隔离度mimo天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高隔离度MIMO天线，包括介质基板、金属地板、微带线和两个金属片，金属地板印制在介质基板的一侧，微带线印制在介质基板的另一侧，金属片由辐射面和短路面组成，辐射面与段路面成90度角，短路面与所述金属地板焊接在一起。金属片的短路面上设置槽口，形成缺陷短路面，由于两个金属片间距较小，会形成较强的互耦，而缺陷短路面改变金属地板的电流分布，可以抵消金属片耦合的电磁波，从而提高MIMO天线的隔离度。本发明的高隔离度MIMO天线具有结构紧凑、简单易加工、且性能稳定，利用批量生产等优点。

Description

高隔离度MIMO天线系统

技术领域

本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种高隔离度MIMO天线。

背景技术

随着移动通信技术的不断演进和迅速发展，人们不再仅限于语音和文本方式的沟通交流。大数据沟通、移动互联等等技术，已经成为未来发展的必然趋势。然而，原有的通信网络架构，采用单天线收发不足以支撑新一代通信系统中大容量和高稳定性的要求。MIMO在收发两端都采用多天线单元，利用无线信道的多径传播特点，从而建立空间的并行传输通道，实现在不增加带宽和发射功率要求的前提下，极大的提高无线通信的质量和数据速率。

移动通信对高速率、大数据的不断追求，促使LTE等移动通信标准的不断深入与改进。MIMO作为LTE中最具有竞争性的技术手段，一直备受学术界关注。MIMO通过多天线的收发可以形成较为稳健的通信通道，同时大幅增加通道的容量。MIMO可以克服复杂环境所造成的多径衰落现象。为了充分利用MIMO的优点，天线之间的隔离度就尤为重要。较低的隔离度意味着天线之间存在着严重的互耦，这会造成接收信号的相关性并降低通道容量，从而恶化天线的性能。

MIMO中的天线独立性能的好坏，直接影响着整个系统的容量。而在移动通信中，MIMO中的天线主要有三个应用场合。一是基站天线，它一般架设在房顶或高塔上，因此有足够的空间来实现天线单元之间的隔离；二是室内天线，它一般固定在走廊的天花板上，为避免影响走廊的布局，需要控制安装天线的数目，因此需要宽频带和紧凑型天线设计，并满足高隔离度的需求。三是移动终端天线，它一般位于手持设备(如手机)或其他车载等设备上，这种天线对物理空间要求较高，需要低剖面紧凑型设计，并保证相互之间的影响较小。

为了提高在紧凑型设备中的天线隔离度，研究者提出了许多实用的方法。J.Bach Andersen提出了去耦网络的方法，他利用输入端口与天线端口之间的位置， 插入一个网络，可以将天线单元之间的互耦降低为0。然而，去耦网络仅仅适用于导纳矩阵中对角线元素均为纯虚数的情况，因此这种方法只对特定的多天线网络有作用，且带宽较窄。电磁带隙(EBG)结构是通过抑制表面波和宽频带的阻带传输来降低天线单元之间的耦合。在工作频段，EBG的反射波相位等于0，从而等效于理想的磁壁。然而，EBG结构的尺寸在低频段时较大，无法在紧凑的设备中使用。其他的一些技术，如中和线，缺陷地板结构，去耦单元，都存在着或尺寸较大，或单元之间的距离较大，或者需要特殊的加工技术等缺点，从而无法在紧凑的设备中使用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供了一种高隔离度MIMO天线，该MIMO天线结构简单，馈电简洁、易于加工实现和隔离度高等优点，适合于移动终端设备等紧凑型设备。

本发明提供的技术方案是：一种高隔离度MIMO天线，包括介质基板、金属地板、微带线和两个金属片，金属地板印制在介质基板的一侧，微带线印制在介质基板的另一侧，金属片由辐射面和短路面组成，辐射面与段路面成90度角，短路面与所述金属地板焊接在一起。

作为本发明的进一步优化，金属地板上腐蚀了两组缝隙。

作为本发明的进一步优化，微带线为50欧姆的特性阻抗线。

作为本发明的进一步优化，金属片的短路面上设置槽口，形成缺陷短路面。

作为本发明的进一步优化，两个金属片之间的距离为4mm。

作为本发明的进一步优化，微带线和缝隙部分重叠。

作为本发明的进一步优化，缝隙为长方形缝隙或“H”型缝隙。

作为本发明的进一步优化，槽口形状为方形、圆形、长方形或者多边形，槽口为长方形时，长方形的尺寸可以通过相关的仿真软件进行优化，改变长方形块的尺寸，可以调节天线工作频段内的隔离度。

缺陷短路面的工作机理是：天线单元之间的耦合主要由天线相邻边界以及地板上的电流影响所致。当改变短路面的形状时，它可以在工作频段形成一个谐振，因此出现了另外的耦合。这两种效果叠加在一起可以相互抵消，从而提高了隔离 度。当天线从微带线一馈入电磁波时，电磁波可以通过辐射贴片以及地板等耦合到微带线二，对于传统的天线来讲，在微带线二有着较大的功率输出，因此二者的隔离度较差。而对于缺陷短路面的MIMO天线来讲，它改变了地板上的电流分布，从而微带线二上能量输出非常之少。利用缺陷短路面技术，紧凑型高隔离带的MIMO天线具有最优的性能。

本发明的有益效果是：隔离度高，结构简单，易加工，且性能稳定，利于批量生产。

附图说明

图1是本发明的高隔离度MIMO天线总体结构示意图。

图2是本发明的高隔离度MIMO天线的侧视示意图。

图3是本发明的高隔离度MIMO天线的短路面结构示意图。

图4是本发明的高隔离度MIMO天线的金属地板层结构示意图。

图5是本发明的高隔离度MIMO天线的S11参数图。

图6是本发明的高隔离度MIMO天线的S21参数图。

图7是本发明的高隔离度MIMO天线的xoz面辐射方向图。

图8是本发明的高隔离度MIMO天线的yoz面辐射方向图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实施例中的高隔离度MIMO天线，由介质基板1、金属地板2、微带线一31、微带线二32、金属片一41和金属片二42构成，金属地板2印制在介质基板1的一侧，微带线一31和微带线二32印制在介质基板1的另外一侧。金属片一41和金属片二42相同，均折叠90度，分别为辐射面43和短路面44，其中短路面44开路一端与金属地板2焊接在一起。所述的金属地板上2腐蚀了缝隙一21和缝隙二22。

微带线一31和微带线二32分别与两组缝隙21和22有部分重叠，从而可以 将微带线上的电磁能量耦合到金属片上的辐射面43上。

本实施例的短路面44上开槽口，从而可以提高MIMO天线的隔离度。槽口45的形状为长方形。

本实施例的金属片一41和金属片二42的形状为长方形。微带线一31和微带线二32均选用特性阻抗为50Ω的微带线，天线从微带线一31和微带线二32馈入电磁波信号，通过金属地板2上的缝隙一21和缝隙二22分别耦合到金属片一41和金属片二42。由于金属片一41和金属片二42距离为4mm，二者会产生非常强的耦合。而因为在短路面44上设置了槽口45，它将改变金属地板2上的电流分布，从而抵消金属片上耦合到的电磁波信号，产生较高的隔离度。

介质基板1选用FR4的材质，其尺寸为60.5mm*43.5mm。基板的厚度为0.8mm。

图5是本发明的高隔离度MIMO天线的S11参数图。其横坐标为频率(GHz)，纵坐标为分贝值(dB)。天线可以工作在S11＜-10dB的频带内。

图6是本发明的高隔离度MIMO天线的S21参数图。天线在其工作频段具有超过20dB的隔离度，最好可以达到40dB以上。

图7是本发明具体实施例在2.45GHz的xoz面辐射方向图。在方向图x轴方向会形成一个零陷，从而提高MIMO天线的隔离度。

图8是本发明具体实施例在2.45GHz的yoz面辐射方向图。天线具有单轴辐射的特性，可以应用到无线通信系统中。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高隔离度MIMO天线，包括介质基板、金属地板、微带线和两个金属片，其特征在于，所述的金属地板印制在介质基板的一侧，所述的微带线印制在介质基板的另一侧，所述的金属片由辐射面和短路面组成，所述辐射面与段路面成90度角，所述短路面与所述金属地板焊接在一起。

2.根据权利要求1所述的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述的金属地板上腐蚀了两组缝隙。

3.根据权利要求1所述的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述的微带线为50欧姆的特性阻抗线。

4.根据权利要求1所述的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述的金属片的短路面上设置槽口，形成缺陷短路面。

5.根据权利要求1所述的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述两个金属片之间的距离为4mm。

6.根据权利要求2所述的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述的微带线和缝隙部分重叠。

7.根据权利要求2所述的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述的缝隙为长方形缝隙或“H”型缝隙。

8.根据权利要求4所述的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述槽口形状为方形、圆形、长方形或者多边形。