CN106129637B - 基于谐振环去耦结构的多天线mimo系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统,其特征在于:包括地板、天线、镂空槽、第一去耦结构、第二去耦结构和馈电点;其中,天线设置在地板边缘的镂空槽上,通过镂空槽上的凸出的馈电点焊接在地板上;第一去耦结构和第二去耦结构结构相同,都为在地板上两天线之间的谐振环,包括:凹型谐振环,第一L型谐振环和第二L型谐振环,凹型谐振环一端与第一L型谐振环相连、凹型谐振环另一端与第二L型谐振环相连。本发明解决了多天线系统应用在小型手持终端中隔离度差的问题,使谐振环去耦结构发挥最大作用,双环叠加,扩宽了谐振环的带宽,有效提高了MIMO系统的隔离度,适用于多天线系统。
Description
技术领域
本发明属于手持终端天线技术领域,适用于5G通讯系统,特别涉及一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统。
背景技术
目前手持终端的尺寸朝着小型化、便携式的方向发展,在终端尺寸不断缩小的情况下,仍要提升终端的性能,这就给硬件工程师留下了许多难题。作为终端与外界沟通的唯一桥梁的天线首当其冲。天线性能的好坏往往决定了通信质量的优劣。近年来,无线电业务增长迅速,而无线频谱资源是有限的,已有的频谱资源已不能满足社会的需求,开发探讨新的频谱资源迫在眉睫。本设计是基于WRC-15大会给出的5G通讯系统未来使用的频率4.8GHz-4.99GHz设计的十MIMO系统,为未来5G通讯提供了可行方案。
众所周知,信系统容量与发送、接收天线的最小个数成正比,即增加天线数量可以提高系统容量,然而多天线系统势必会造成天线之间的干扰增强。这使得天线去耦工作变得尤为重要。目前主要方法有通过天线本身的辐射方向图来调整天线间隔离度,即通过改变天线本身参数来优化,而天线的性能参数往往都是相互关联的,牵一发而动全身,且受基板尺寸影响,很难仅仅通过调节天线本身获得理想的隔离度。这就需要第二种方法即增加额外的去耦结构。
去耦结构设计的好坏决定了能否使天线性能得到充分的发挥。文献[1]采用了一种蘑菇型的突出地结构,但是这种去耦结构的缺点是,需要去耦结构两边是净空区域,也就是不能有地,所以适用性不强。文献[2]采用一种突出地枝节辅助与开槽相结合的方式去耦,同样需要合适的净空区域,如果都是地,则无法正常工作。
[1]J.H. Chou, H. J. Li, D.B. Lin, C.Y. Wu, “A novel LTE MIMO antennawith decoupling element for mobile phone application,” 2014 InternationalSymposium on Electromagnetic Compatibility, Tokyo (EMC'14/Tokyo) , pp. 697-700, 2014.
[2]H. Huang, Y. Liu, S.X. Gong, “Four antenna MIMO system withcompact radiator for mobile terminals,” Microwave and Optical TechnologyLetters,vol.57, no.6, pp. 1281-1286,2015。
发明内容
针对上述问题,本发明将谐振环等效成一个LC滤波电路,通过改进谐振环的结构,使之发挥最大作用;并且双环叠加,扩宽了谐振环的带宽,有效提高了MIMO系统的隔离度,适用于多天线系统,从而解决了多天线系统应用在小型手持终端中隔离度差的问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统,包括地板、天线、镂空槽、第一去耦结构、第二去耦结构和馈电点;
前述天线设置在地板边缘的镂空槽内,通过馈电点焊接在地板上;
前述第一去耦结构和第二去耦结构结构相同,都为蚀刻在地板上两天线之间的谐振环,包括:凹型谐振环、第一L型谐振环和第二L型谐振环,凹型谐振环一端与第一L型谐振环相连、凹型谐振环另一端与第二L型谐振环相连。
前述天线至少为2个,所述第一去耦结构和第二去耦结构至少有1组。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、本发明采用了多天线的设计,大大增加了系统容量。改进型谐振环具有适用性强,调节方便的特点;
2、将谐振环蚀刻在天线之间的地板上,调节其位置和谐振环相关参数,就能找到合适的谐振点,来提高隔离度;
3、本发明通过将谐振环进行弯折延长,使得等效电容增大,谐振点偏向低频,同等情况下缩小了谐振环尺寸,节省了基板空间;
4、通过使用两个谐振环,将两个谐振错位摆放,使得两个谐振环产生的频带组合,扩宽了带宽,有效改善了谐振环带宽窄的问题;
5、该天线单元为长6mm的“L”型枝条,设计简单,尺寸小,通过开5mm*5mm的槽,使天线获得了很好的匹配。完全能覆盖5G的工作带宽4.8-4.99GHz;
6、该去耦结构以谐振环为原型,通过改进谐振环本身的结构,使之尺寸更小,通过合理布置谐振环位置能达到很好的去耦效果。相比普通谐振环,该改进型谐振环尺寸更小,节省空间,适合用于实际的天线去耦。
7、相比现有去耦结构,该结构可移植性强,调节方便,可适用于其他多天线系统的去耦。可根据实际情况通过叠加,增加谐振环的个数来扩宽带宽。
8、两天线加去耦结构到10天线加去耦结构并非简单的复制,10天线系统加去耦结构需要对系统进行整体调试,这种改进型的谐振环能取得突出的效果,且对天线原有反射系数影响小,说明其适应性相比普通的谐振环经过简单弯折更强。
附图说明
图1是本发明基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统的立体图;
图2是本发明的谐振环去耦结构与天线的相对位置;
图3本发明的谐振环去耦结构的结构图;
图4是本发明多天线MIMO系统实施例的立体图的尺寸图;
图5是本发明多天线MIMO系统实施例的谐振环去耦结构相对位置及结构图的尺寸图;
图6是本发明多天线MIMO系统实施例不加谐振环天线的反射系数;
图7是本发明多天线MIMO系统实施例加谐振环天线后的反射系数;
图8是本发明多天线MIMO系统实施例不加谐振环天线的隔离度波形图;
图9是本发明多天线MIMO系统实施例加谐振环天线后的隔离度波形图;
图10是本发明多天线MIMO系统实施例的4.9GHz处XZ面方向图;
图11是本发明多天线MIMO系统实施例的4.9GHz处YZ面方向图。
其中:1-地板,2-天线,3-镂空槽,4-第一去耦结构,5-第二去耦结构,6-馈电点,41-凹型谐振环,42-第一L型谐振环,43-第二L型谐振环。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-3所示,一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统,包括地板1、天线2、镂空槽3、第一去耦结构4、第二去耦结构5和馈电点6;
其中,所述天线2设置在地板1边缘的镂空槽3内,通过馈电点6焊接在地板1上;
其中,所述第一去耦结构4和第二去耦结构5结构相同,都为蚀刻在地板上两天线之间的谐振环,包括:凹型谐振环41、第一L型谐振环42和第二L型谐振环43,凹型谐振环41一端与第一L型谐振环42相连、凹型谐振环41另一端与第二L型谐振环43相连。
前述凹型谐振环41的两端向内弯折,与凹型谐振环41一端相连的第一L型谐振环42的弯折部在凹型谐振环41内部;与凹型谐振环41另一端相连的第二L型谐振环43的弯折部在凹型谐振环41外部。
前述第一L型谐振环42与凹型谐振环41相连一侧与第二L型谐振环43与凹型谐振环41相连一侧平行,第一L型谐振环42的竖直段与第二L型谐振环43的竖直段平行。
前述第一L型谐振环42长度为3mm,与凹型谐振环41相连一侧长1mm,竖直段长2mm;第二L型谐振环43长度为2.5mm,与凹型谐振环41相连一侧长1mm,竖直段长1.5mm。
前述第一去耦结构4和第二去耦结构5的开口方向一致、平行放置、相互错开2mm,第一去耦结构4和第二去耦结构5相对的的凹型谐振环41两侧相隔1mm。
前述天线2至少为2个,所述第一去耦结构4和第二去耦结构5至少有1组。
前述地板为覆铜膜的FR4基板。
前述地板1长宽高尺寸为140mm*70mm*1mm,镂空槽3尺寸为5mm*5mm。
前述天线2为6mm长的L型单极子天线,与馈电点6连接的一端为3.5mm,另一端为2.5mm。
如图4-5所示为本发明一个具体实施例的尺寸标示图,具体尺寸如图所示。如图6-11为前述具体实施例的实验仿真结果图。
本具体实施例天线采用10个长约6mm的“L”型单级子天线组成MIMO系统,并通过开5mm*5mm的方形槽,使天线在4.5GHz-5.5GHz达到很好的匹配,完全覆盖了工作频段4800MHz-4990MHz,如图5所示。为此天线系统设计了一款改进型的谐振环去耦结构,将谐振环开口处延长并做弯折处理,增长了谐振环长度,同时,开口处枝条呈现相互呼应的状态,增大了谐振环的等效电容。因此,同等尺寸下,改进型谐振环谐振点频率更低,尺寸更小。图6、图7对比表明谐振环的加入对天线反射系数影响小,天线仍能保持-10dB带宽的标准;图8、图9隔离度对比可知,谐振环的加入对隔离度的改善是明显的:加环前天线隔离度大于7dB,加环后大于11.3dB,至少提高4.3dB,谐振点处提高超过20dB。地板为FR4基板下镀了层铜模。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,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 (6)
1.一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统,其特征在于:包括地板(1)、天线(2)、镂空槽(3)、第一去耦结构(4)、第二去耦结构(5)和馈电点(6);
其中,所述天线(2)设置在地板(1)边缘的镂空槽(3)内,通过馈电点(6)焊接在地板(1)上;
其中,所述第一去耦结构(4)和第二去耦结构(5)结构相同,都为在地板上两天线之间的谐振环,包括:凹型谐振环(41)、第一L型谐振环(42)和第二L型谐振环(43),凹型谐振环(41)一端与第一L型谐振环(42)相连、凹型谐振环(41)另一端与第二L型谐振环(43)相连;
所述凹型谐振环(41)的两端向内弯折,与凹型谐振环(41)一端相连的第一L型谐振环(42)的弯折部在凹型谐振环(41)内部;与凹型谐振环(41)另一端相连的第二L型谐振环(43)的弯折部在凹型谐振环(41)外部;
所述第一L型谐振环(42)与凹型谐振环(41)相连一侧与第二L型谐振环(43)与凹型谐振环(41)相连一侧平行,第一L型谐振环(42)的竖直段与第二L型谐振环(43)的竖直段平行;
所述第一去耦结构(4)和第二去耦结构(5)的开口方向一致、平行放置、相互错开2mm,第一去耦结构(4)和第二去耦结构(5)相对的凹型谐振环(41)两侧相隔1mm。
2.根据权利要求1所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统,其特征在于:所述第一L型谐振环(42)长度为3mm,与凹型谐振环(41)相连一侧长1mm,竖直段长2mm;第二L型谐振环(43)长度为2.5mm,与凹型谐振环(41)相连一侧长1mm,竖直段长1.5mm。
3.根据权利要求1所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统,其特征在于:所述天线(2)至少为2个,所述第一去耦结构(4)和第二去耦结构(5)至少有1组。
4.根据权利要求1所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统,其特征在于:所述地板为覆铜膜的FR4基板。
5.根据权利要求1所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统,其特征在于:所述地板(1)长宽高尺寸为140mm*70mm*1mm,镂空槽(3)尺寸为5mm*5mm。
6.根据权利要求1所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统,其特征在于:所述天线(2)为6mm长的L型单极子天线,与馈电点(6)连接的一端为3.5mm,另一端为2.5mm。
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