CN106654581A - 一种具有去耦网络的双频带mimo天线 - Google Patents

一种具有去耦网络的双频带mimo天线 Download PDF

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Abstract

一种具有去耦网络的双频带MIMO天线，包括：第一MIMO天线、第二MIMO天线和去耦网络；第一MIMO天线和第二MIMO天线镜像对称设置，且第一MIMO天线和第二MIMO天线分别通过馈电点与去耦网络连接；去耦网络用于消除第一MIMO天线和第二MIMO天线的虚部信号。由于通过去耦网络可以消除MIMO天线的虚部信号，使得MIMO天线仅输出纯实部的信号，达到同时改善回波损耗和天线隔离度的目的；另外，本申请的MIMO天线之间距离小，占用面积少，而且，去耦网络能同时满足低频段和高频段的回波损耗和隔离度的要求。

Description

一种具有去耦网络的双频带MIMO天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种具有去耦网络的双频带MIMO天线。
背景技术
随着各种移动终端对数据需求的不断上升，特别是在线高清视频、网络游戏的广泛普及，传统的单天线已越来越难以应付庞大的无线数据传输对信号实时性和高可靠性的要求，于是基于空时处理技术的MIMO(Multi-input-Multi-output)天线应运而生，MIMO天线由于在给定的频段内能够极大地提高频谱利用率，提升数据传输容量上限，成为第三代移动通信的标志性技术。
由于MIMO天线本质上是一种多天线技术，不可避免带来天线占用面积过大的问题，在手持移动终端中，过大的天线面积不仅压缩了移动终端中电路、电池及附属件的占用空间，同时提升了天线制造成本，而如果压缩MIMO天线的面积，又必然导致天线间同频干扰，信号耦合过大，隔离度太差的问题，因此MIMO天线在手持移动终端中应用远不如基站中那么广泛。
要降低移动终端MIMO天线间隔离度差的问题，业界的一般做法是加大天线间距，或在天线间制作隔离带，前者需要较大占用面积，而往往越来越紧凑的布局不可能给天线太多的空间，后者同样会带来占用面积大的问题，同时如果工作于多频段场合，并不能有效解决天线端口回波损耗、辐射效率及隔离度的平衡问题。
发明内容
针对MIMO天线在手持终端中使用受限的问题，本申请提供一种具有去耦网络的双频带MIMO天线，包括：第一MIMO天线、第二MIMO天线和去耦网络；
第一MIMO天线和第二MIMO天线镜像对称设置，且第一MIMO天线和第二MIMO天线分别通过馈电点与去耦网络连接；
去耦网络用于消除第一MIMO天线和第二MIMO天线的虚部信号。
一种实施例中，第一/第二MIMO天线包括低频支节和高频支节；
低频支节围设于高频支节外侧，并通过馈线连接于PCB地板；
高频支节安装于低频支节内部。
一种实施例中，第一MIMO天线的馈电点与第二MIMO天线的馈电点背靠背设置于PCB地板上。
一种实施例中，去耦网络包括第一MIMO天线去耦网络和第二MIMO天线去耦网络，第一MIMO天线去耦网络用于消除第一MIMO天线的虚部信号，第二MIMO天线去耦网络用于消除第二MIMO天线的虚部信号。
一种实施例中，第一MIMO天线去耦网络与第二MIMO天线去耦网络为对称结构，且对称结构的参数值不同。
一种实施例中，第一MIMO天线和第二MIMO天线之间的馈电点距离等于第一MIMO天线去耦网络和第二MIMO天线去耦网络之间的馈电点距离。
一种实施例中，第一/第二MIMO天线去耦网络包括分解单元，分解单元与第一/第二MIMO天线的馈电点连接，用于提取第一/第二MIMO天线的信号，并将信号分解成奇模信号和偶模信号。
一种实施例中，第一/第二MIMO天线去耦网络还包括第一电容、第一微带网络、第一电感、第二微带网络和第二电感；
第一电容一端串连接于所述分解单元，另一端串连接于所述第一微带网络；
第一电感一端接地，另一端并连接于所述第一微带网络；
第一电容和第一电感用于将奇模和偶模的实部信号匹配一数值，第一电感和第一微带网络用于消除奇模的虚部信号。
一种实施例中，第一/第二MIMO天线去耦网络还包括第二微带网络、第二电感、第三微带网络和第二电容；
第二微带网络具有四个端口，其中，第一端口串连接于第一微带网络，第二端口连接至输出口；
第二电感的一端接地，另一端并连接于第二微带网络的第三端口；
第二电容一端接地，另一端通过第三微带网络并连接于第二微带网络的第四端口；
第二电感、第二微带网络、第三微带网络和第二电容用于消除偶模的虚部信号。
依据上述实施例的双频带MIMO天线，由于通过去耦网络可以消除MIMO天线的虚部信号，使得MIMO天线仅输出纯实部的信号，达到同时改善回波损耗和天线隔离度的目的；另外，本申请的MIMO天线之间距离小，占用面积少，而且，去耦网络能同时满足低频段和高频段的回波损耗和隔离度的要求。
附图说明
图1为双频带MIMO天线结构示意图；
图2为去耦网络电路示意图；
图3为未加入去耦网络的仿真示意图；
图4为加入本申请的去耦网络的仿真示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本例提供一种具有去耦网络的双频带MIMO天线，其结构示意图如图1所示，包括第一MIMO天线1、第二MIMO天线2和去耦网络3；第一MIMO天线1和第二MIMO天线2镜像对称设置，且第一MIMO天线1和第二MIMO天线2分别通过馈电点与去耦网络3连接；去耦网络3用于消除第一MIMO天线1和第二MIMO天线2的虚部信号，以实现第一MIMO天线1和第二MIMO天线2的输出信号为实部信号，达到同时改善回波损耗和天线隔离度的目的。
由于第一MIMO天线1和第二MIMO天线2为镜像对称结构，本例仅以第一MIMO天线为例说明其结构的组成部分及设计原理，第二MIMO天线2不作具体描述，具体的，第一MIMO天线1包括低频支节11和高频支节12；低频支节11围设于高频支节12外侧，并通过馈线连接于PCB地板4，高频支节12安装于低频支节11内部，通过这种结构设计可以使MIMO天线结构紧凑，而且，低频支节11控制2.4G频段的天线性能，其带宽相对较窄容易调整，而高频支节控制5G频段的天线性能，其带宽相对较宽不易调整，这种低频支节11在外则，高频支节12在内侧的布局方式能够优化5G频段的带宽，劣化2.4G频段的带宽，便于去耦网络3的设计，进一步，第一MIMO天线1的馈电点与第二MIMO天线2的馈电点背靠背设置于PCB地板4上，以保持第一MIMO天线1的馈电点与第二MIMO天线2的馈电点之间的间距尽可能小，使得，第一MIMO天线1和第二MIMO天线2之间可获得一定的隔离度，而且，第一MIMO天线1和第二MIMO天线2之间的去耦网络3占据的面积尽可能小。
进一步，去耦网络3包括第一MIMO天线去耦网络31和第二MIMO天线去耦网络32，第一MIMO天线去耦网络31用于消除第一MIMO天线1的虚部信号，第二MIMO天线去耦网络32用于消除第二MIMO天线2的虚部信号，本例的第一MIMO天线去耦网络31与第二MIMO天线去耦网络32为对称结构，另外，本例中，第一MIMO天线1和第二MIMO天线2之间的馈电点距离等于第一MIMO天线去耦网络31和第二MIMO天线去耦网络32之间的馈电点距离，这种布局能使去耦网络3对低频段和高频段都能去耦，而非仅适合低频段或高频段的去耦。
本例的去耦网络31的工作原理是：将第一MIMO天线1和第二MIMO天线2的馈电点处提取的信号分解成奇模信号和偶模信号，利用串联电容和并联电感将奇模信息和偶模信号阻抗的实部匹配到某一个值RO，再利用并联电感和微带网络将奇模的虚部信号消除，再利用并联电感和微带网络和并联电容将偶模的虚部信号消除，这样，从天线两端出口处的阻抗即为RO纯实部的信号，通过一段微带线将其阻抗变换为50欧姆，达到同时改善回波损耗和天线隔离度的目的。
由于本例的第一MIMO天线去耦网络31和第二MIMO天线去耦网络32的结构对称，只是具体的参数值不同，根据去耦网络3的工作原理，本例以第一MIMO天线去耦网络31为例具体介绍其组成部分，如图2所示，第一MIMO天线去耦网络31包括分解单元、第一电容311、第一微带网络312、第一电感313、第二微带网络314、第二电感315、第三微带网络316和第二电容317；第一MIMO天线去耦网络31和第二MIMO天线去耦网络32的结构对称，但对称结构的参数值不同，如，第一MIMO天线去耦网络31中的第一电容取值为3.3pF，而第二MIMO天线去耦网络32中的第一电容取值为5.6pF，第一MIMO天线去耦网络31中的第一电感取值为5.6nH，第二MIMO天线去耦网络32中的第一电感取值为9nH。
其中，分解单元与第一MIMO天线1的馈电点连接，用于提取第一MIMO天线1的信号，并将信号分解成奇模信号和偶模信号；第一电容311一端串连接于分解单元，另一端串连接于第一微带网络312；第一电感313一端接地，另一端并连接于第一微带网络312；第二微带网络314具有四个端口，其中，第一端口串连接于第一微带网络312，第二端口连接至输出口；第二电感315的一端接地，另一端并连接于第二微带网络314的第三端口；第二电容317一端接地，另一端通过第三微带网络316并连接于第二微带网络314的第四端口；其中，串联的第一电容311和并联的第一电感313将奇模和偶模的实部信号匹配一数值，并联的第一电感313和第一微带网络312消除奇模的虚部信号；并联的第二电感315、第二微带网络314、第三微带网络316和串联的第二电容317消除偶模的虚部信号；最后，第二微带网络314仅输出奇模和偶模的实部信号数值，再将该实部信号数值通过一段微带线将其阻抗变换为50欧姆，从而达到同时改善回波损耗和天线隔离度的目的。
如图3所示，在无任何去耦网络的情况下，MIMO天线在2.4G频段和5G频段回波损耗S11和S22均小于-5dB，但第一MIMO天线1和第二MIMO天线2之间的隔离度S12较差，如，2.4G频段隔离度大于-10dB，5G频段隔离度大于-15dB，不符合实际应用需求。
将去耦网络3的工作原理扩展到宽频段、多频段，则相对更为复杂，需对该去耦网络中每个元件的具体参数进行调整，使之在2.4G和5G两个频段内的回波损耗、隔离度取得平衡，通过对去耦网络的微带和电容、电感值进行细微调整，天线间的回波损耗和隔离度如图4所示，可以看到，优化后，MIMO天线的回波损耗仍然保持了-5dB以下，其在2.4G的隔离度小于-12dB，在5G的隔离度小于-17dB，保持了2dB的性能余量，能够用于实际应用场合。
本例的双频带MIMO天线通过结构上的布局，其结构紧凑、占用面积小，而且，根据设计的去耦网络能同时改善回波损耗和天线隔离度，根据实际需要可以对双频带MIMO天线和去耦网络做相应调整，如，为进一步提高隔离度，可以相应加大MIMO天线间距离、增加天线净空等。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种具有去耦网络的双频带MIMO天线，其特征在于，包括：第一MIMO天线、第二MIMO天线和去耦网络；
所述第一MIMO天线和第二MIMO天线镜像对称设置，且所述第一MIMO天线和第二MIMO天线分别通过馈电点与所述去耦网络连接；
所述去耦网络用于消除所述第一MIMO天线和第二MIMO天线的虚部信号。
2.如权利要求1所述的双频带MIMO天线，其特征在于，所述第一/第二MIMO天线包括低频支节和高频支节；
所述低频支节围设于所述高频支节外侧，并通过馈线连接于PCB地板；
所述高频支节安装于所述低频支节内部。
3.如权利要求2所述的双频带MIMO天线，其特征在于，所述第一MIMO天线的馈电点与所述第二MIMO天线的馈电点背靠背设置于所述PCB地板上。
4.如权利要求3所述的双频带MIMO天线，其特征在于，所述去耦网络包括第一MIMO天线去耦网络和第二MIMO天线去耦网络，所述第一MIMO天线去耦网络用于消除所述第一MIMO天线的虚部信号，所述第二MIMO天线去耦网络用于消除所述第二MIMO天线的虚部信号。
5.如权利要求4所述的双频带MIMO天线，其特征在于，所述第一MIMO天线去耦网络与所述第二MIMO天线去耦网络为对称结构，且对称结构的参数值不同。
6.如权利要求5所述的双频带MIMO天线，其特征在于，所述第一MIMO天线和第二MIMO天线之间的馈电点距离等于所述第一MIMO天线去耦网络和第二MIMO天线去耦网络之间的馈电点距离。
7.如权利要求6所述的双频带MIMO天线，其特征在于，所述第一/第二MIMO天线去耦网络包括分解单元，所述分解单元与所述第一/第二MIMO天线的馈电点连接，用于提取所述第一/第二MIMO天线的信号，并将所述信号分解成奇模信号和偶模信号。
8.如权利要求7所述的双频带MIMO天线，其特征在于，所述第一/第二MIMO天线去耦网络还包括第一电容、第一微带网络和第一电感；
所述第一电容一端串连接于所述分解单元，另一端串连接于所述第一微带网络：
所述第一电感一端接地，另一端并连接于所述第一微带网络；
所述第一电容和第一电感用于将所述奇模和偶模的实部信号匹配一数值，所述第一电感和第一微带网络用于消除所述奇模的虚部信号。
9.如权利要求8所述的双频带MIMO天线，其特征在于，所述第一/第二MIMO天线去耦网络还包括第二微带网络、第二电感、第三微带网络和第二电容；
所述第二微带网络具有四个端口，其中，第一端口串连接于所述第一微带网络，第二端口连接至输出口；
所述第二电感的一端接地，另一端并连接于所述第二微带网络的第三端口；
所述第二电容一端接地，另一端通过所述第三微带网络并连接于所述第二微带网络的第四端口；
所述第二电感、第二微带网络、第三微带网络和第二电容用于消除所述偶模的虚部信号。
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