CN106571523A - 一种终端多输入多输出高隔离可调天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种终端多输入多输出高隔离可调天线。本发明包括介质基板、金属地、天线A、天线B、隔离微带线、可调网络、匹配网络；在介质基板的正反面部分区域设置金属地，头部和尾部区域属于无金属地区域；天线A、B位于介质基板无金属地区域，间距小于十分之一波长，天线A、B间设有一段隔离微带线，在隔离微带线和天线间有可调网络，通过调节可调网络上的电容或者电感值来调节天线的谐振频率点，使得天线谐振频率处耦合度最低；在馈线和馈电点间有一个匹配网络，通过匹配网络调节谐振点的匹配度，使得在可调频率范围内中心频率点处回波损耗小。该技术不仅适用于双天线的设计，同样也适用于4MIMO或者8MIMO等多天线系统中。

Description

一种终端多输入多输出高隔离可调天线
技术领域
本发明属于终端多天线技术领域，涉及一种紧凑型、可调高隔离的MIMO双天线，具体是一种终端多输入多输出高隔离可调天线，可广泛应用于多天线MIMO系统中。
背景技术
移动通信技术在过去三十年里的发展飞速，手机作为移动通信终端中发展最为迅速的产品，风靡全球，已逐渐融入并深刻的影响了用户的日常生活当中，并且已成为工作和生活当中必不可少的一部分。随着通信系统从1G到4G的不断发展，现代智能手机所需要覆盖的频段也随之增加，要覆盖GSM850/900/DCS/PCS/UMTS2100/LTE2300/2500工作频段，一方面，在狭小的空间内设计多频手机天线，是一项艰巨的任务。另外一方面，天线和周围的器件产生强烈的电磁耦合，导致天线的工作性能降低，为了简化整个系统的结构，如今移动通信中，频率可调天线和滤波器发展十分迅速，既可以是用来实现多频带的手机天线，同时又可用来分离不同频带之间的干扰。
同时随着通信系统的不断发展，在多频段的情况下，提高数据率和降低误码率是未来5G通信发展必然趋势，这就促使多输入多输出(MIMO)手机天线的研发。由于手机主板较小且多副天线共用相同的系统地平面，必然导致多天线之间有强烈的耦合，从而使得MIMO天线的相关性系数很大，削弱了MIMO天线多径的优势。目前MIMO天线的主要去耦技术有金属隔离线，在系统地平面上挖缝，寄生单元与寄生散射去耦，扼流圈和集总元件的去耦网络等主流技术。但上述去耦方法带宽通常都较窄，不利于多频段MIMO天线的设计。因此在设计MIMO手机天线时，如何设计高隔离度的多频段手机多天线系统，是MIMO天线设计的重点以及难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种终端多输入多输出高隔离频率可调天线的设计方法，克服多频段天线的去耦问题，利用频率可调天线的进行窄带去耦，既达到了多频工作的目的，又实现了紧凑型天线的去耦、高隔离，有效地解决了多频段多天线的去耦问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案步骤如下：
本发明包括介质基板、金属地、天线A、天线B、隔离微带线、可调网络、匹配网络；在介质基板的正面和反面部分区域设置金属地，介质基板的头部和尾部区域属于无金属地区域，天线A和天线B位于介质基本无金属地的中间位置，天线A和B的馈线之间设有一段隔离微带线，在隔离微带线与天线之间有一个可调网络，从而实现高隔离度的可调双MIMO天线。该双MIMO天线组合放置在任何介质基板无金属区域，可实现4MIMO或者8MIMO等多天线系统。
所述的天线A和天线B属于相同类型PIFA天线或者单极子天线，结构可为平面结构或者立体结构，天线A和天线B覆盖同一个频段，间距小于十分之一的波长，减少天线占用空间，实现天线的小型化。
所述的天线A和B的之间有一段隔离微带线，通过调节隔离微带线的宽度和位置，隔离微带线放在天线与CPW馈线之间，且放置在谐振频率时的表面电流分布最大处，再通过调节隔离微带线的宽度调节天线之间的隔离度，可使得天线A和天线B之间的耦合降低。
所述的可调网络由可调电容，变容二极管，可调电感组成，通过调节可调电容或者可调电感的电容值或者电感值，改变天线A与天线B的谐振频率，同时使得相应谐振点处的耦合最低。
所述的天线A和天线B采用共面波导(CPW)的馈电方式，CPW馈线在金属地开槽形成。
所述的CPW馈线上有一个匹配网络，采用分立的电容和电感元件构成L型、T型或者π型匹配网络，通过匹配网络调节谐振点的匹配度，使得在可调频率范围内中心频率点处回波损耗小。
所述的CPW馈线和金属地之间作为天线的馈电点，信号由CPW馈线处馈入激励，射频同轴电缆内导体接在馈线，外导体接在金属地上。
本发明具有的有益的效果是：
这种高隔离频率可调的MIMO天线设计方法，不仅利用了频率可调天线实现了终端手机天线的多频覆盖，避免了不同频带之间的干扰；同时在实现频率可调的同时，在所需频率处也达到了高隔离的效果；而且天线之间的间距小于十分之一的波长，减小了天线的占用空间，实现小型化；因此该方法可广泛应用于MIMO多天线的设计中，特别是对于手机而言，空间有限，且需要多频覆盖，该方法可有效解决终端手机MIMO天线的设计问题，能有效地发挥MIMO通信中大容量、高速率的性能特点。
附图说明
图1是本发明可调的MIMO双天线整体结构示意图。
图2是匹配网络示意图，图2(a):L型匹配网络；图2(b):T型匹配网络；图2(c):π型匹配网络。
图3是本发明天线的S参数曲线图。
图4是本发明天线的3D辐射方向图。
图中：1.介质基板；2.金属地；3.头部和尾部无金属地区域；4.可调网络；5.隔离微带线；6.CPW馈线；7.匹配网络；8.馈电点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明终端多输入多输出高隔离可调天线包括介质基板(1)、金属地(2)、天线A、天线B、隔离微带线(5)、可调网络(4)、匹配网络(7)；在介质基板的正面和反面部分区域设置金属地(2)，介质基板的头部和尾部区域属于无金属地区域(3)，天线A和天线B位于介质基板正面无金属地(3)的中间位置，天线A和B的馈线之间设有一段隔离微带线(5)，在隔离微带线(5)与天线之间有一个可调网络(4)，从而实现高隔离度的可调双MIMO天线。该双MIMO天线组合放置在任何介质基板无金属区域，可实现4MIMO或者8MIMO等多天线系统。
所述的天线A和天线B属于相同类型PIFA天线或者单极子天线，结构可为平面结构或者立体结构，天线A和天线B覆盖同一个频段，间距小于十分之一的波长，减少天线占用空间，实现天线的小型化。
所述的天线A和B的之间有一段隔离微带线(4)，通过调节隔离微带线的宽度和位置，隔离微带线(4)放在天线与CPW馈线(6)之间，且放置在谐振频率时的表面电流分布最大处，再通过调节隔离微带线(4)的宽度调节天线之间的隔离度，可使得天线A和天线B之间的耦合降低。
所述的可调网络(4)由可调电容，变容二极管，可调电感组成，通过调节可调电容或者可调电感的电容值或者电感值，改变天线A与天线B的谐振频率，同时使得相应谐振点处的耦合最低。
所述的天线A和天线B采用共面波导(CPW)的馈电方式，CPW馈线(6)在金属地(2)开槽形成的，CPW馈线(6)在中间，两边是金属地(2)。
所述的CPW馈线(6)上有一个匹配网络(7)，采用分立的电容和电感元件构成L型、T型或者π型匹配网络，使得在可调频率范围内的中心频率点处匹配良好。
所述的CPW馈线(6)和金属地(8)之间作为天线的馈电点，信号由CPW馈线(6)处馈入激励，射频同轴电缆内导体接在馈线(3)，外导体接在金属地(2)上。
本发明涉及一种紧凑型、高隔离可调MIMO双天线的设计方法，该方法中天线A和天线B是相同类型天线，可以是单极子天线、PIFA天线、缝隙天线等，但不限于以上天线。利用三维电磁仿真软件HFSS仿真模拟，如图4所示，天线为典型立体结构的单极子天线，天线A和天线B之间的距离为6mm，隔离微带线(5)和天线A、B之间有一个可调网络，可调网络可以是可调电容、电感，变容管等，本实施例中是一个可调电容，电容的可调范围为，在隔离微带线(5)和馈电点之间有一个匹配网络，可调网络有三种类型：L型、π型、T型网络，如图2所示，本例中采用L型的匹配网络，并联电感串联电容的形式，使得天线不仅在所在频率点处的S11在-10dB以下，而且同时保证了在频率点处S21也在-10dB以下，如图3所示，可调网络在对天线进行调谐的同时隔离度也随之变化，既满足了终端天线对于多频覆盖的要求，同时保证天线之间的耦合满足小于-10dB的要求。另外通过仿真发现，利用此方法实现的双天线方向图之间保持了天然的对立性，如图4所示，两个天线的最大最小波瓣分别分布不同的位置，方向图之间的相关性很小，适合应用在高速率、高容量MIMO通信系统中。该方法不仅适用于双天线，同样也适用于4MIMO或者8MIMO等多天线系统中。
本发明的核心是利用可调网络、隔离微带线以及匹配网络来实现紧凑型的双MIMO可调天线，该天线既实现了天线谐振频率上的可调，同时也使得在相应谐振点处天线之间的S21在-10dB以下，有效的抑制了天线的互耦，降低了MIMO天线之间的相关性，提升了MIMO通信系统的容量等。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种终端多输入多输出高隔离可调天线，其特征在于包括介质基板、金属地、天线A、天线B、隔离微带线、可调网络、匹配网络；在介质基板的正面和反面部分区域设置金属地，且头部和尾部区域为无金属地区域；天线A和天线B设于介质基板无金属地区域，天线A和B的馈线间设有一段隔离微带线，在该隔离微带线与天线之间有可调网络，从而实现高隔离度的可调双MIMO天线。
2.一种终端多输入多输出高隔离可调天线，其特征在于将特制的双MIMO天线组合放置在任何介质基板无金属区域，从而实现多MIMO天线系统；
所述的特制的双MIMO天线包括介质基板、金属地、天线A、天线B、隔离微带线、可调网络、匹配网络；在介质基板的正面和反面部分区域设置金属地，且头部和尾部区域为无金属地区域；天线A和天线B位于介质基板无金属地区域，天线A和B的馈线间设有一段隔离微带线，在该隔离微带线与天线之间有可调网络。
3.如权利要求1或2所述的一种终端多输入多输出高隔离可调天线，其特征在于天线A和天线B属于相同类型，结构可为平面结构或者立体结构，天线A和天线B覆盖同一个频段，间距小于十分之一的波长。
4.如权利要求1或2所述的一种终端多输入多输出高隔离可调天线，其特征在于通过调节天线A和B间隔离微带线的宽度和位置，隔离微带线放在天线与CPW馈线之间，且放置在谐振频率时的表面电流分布最大处，再通过调节隔离微带线的宽度调节天线之间的隔离度，可使得天线A和天线B之间的耦合降低。
5.如权利要求1或2所述的一种终端多输入多输出高隔离可调天线，其特征在于可调网络包括可调电容、变容二极管、可调电感，通过调节可调电容或者可调电感的电容值或者电感值，改变天线A与天线B的谐振频率，同时使得相应谐振点处的耦合最低。
6.如权利要求1或2所述的一种终端多输入多输出高隔离可调天线，其特征在于天线A和天线B采用共面波导CPW的馈电方式，CPW馈线在金属地(2)开槽形成。
7.如权利要求1或2所述的一种终端多输入多输出高隔离可调天线，其特征在于CPW馈线上设有匹配网络，采用分立的电容和电感元件构成L型、T型或者π型匹配网络，使得在可调频率范围内的中心频率点处匹配良好。
8.如权利要求1或2所述的一种终端多输入多输出高隔离可调天线，其特征在于CPW馈线和金属地之间作为天线的馈电点，信号由CPW馈线处馈入激励，射频同轴电缆内导体接在CPW馈线，外导体接在金属地上。
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