CN106785370A - 一种用于移动终端的高隔离度的mimo天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于移动终端的高隔离度的MIMO天线，包括介质基板，在介质基板上形成对称结构的天线单元一和天线单元二，在天线单元一上设置激励端口一，在天线单元二上设置激励端口二；所述介质基板的正面结构印制关于介质基板中线对称的两个G形辐射单元，所述介质基板的背面印制地板，还包括两条输入端馈线，输入端馈线与G型辐射单元连接，G型辐射单元上设有两条不同长度的枝节，其中一条枝节采用渐宽的梯形结构，另一条枝节在弯折处减去一三角形结构，所述G型辐射单元与馈电线连接处采用矩形缺口。本发明中提出利用结合地板枝和地板缝隙有效地提高天线单元间的隔离度，从而减小地板表面电流引起的互耦。

Description

一种用于移动终端的高隔离度的MIMO天线

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体是一种用于移动终端的高隔离度的MIMO天线。

背景技术

随着无线通信技术的迅猛发展，消费者对无线通信业务的类型和质量的要求越来越高，稀缺的频谱资源已成为通信发展的一个瓶颈，而MIMO(Multiple-Input Multiple-output，多输入多输出)技术能够在不提高发射功率和增加带宽的前提下，利用多个发射天线和接收天线组成的收发系统来减少信道衰落，并成倍地提高频率利用率和系统容量。作为MIMO移动终端系统中的天线部分，要解决有限空间和放置多天线的矛盾、多天线之间隔离度和有限空间的矛盾，以及宽频带和天线尺寸之间的矛盾。而MIMO技术作为LTE和4G的核心技术之一，充分开发空间资源，在有限的频谱和固定的发射功率下，改善每个用户的通信质量，为系统提供空间复用增益和空间分集增益，因此设计具有宽频带高隔离度的移动终端天线具有重要的研究意义。

2003年，针对MIMO天线的隔离度，Fan Y.，Yahya R.S..等提出使用EDG地板能减小天线之间的互耦，EBG地板的多层分格结构能使得从激励端口流向非激励端口的地板表面电流逐渐被衰减，从而有效地减小了两天线单元间的互耦。

2004年，Karaboikes于提出地板缝隙结构，地板细隙结构可以认为是一种漫波结构，通过减小信号的波长增加天线单元之间的距离，可以实现减小天线单元间互耦的作用。2012年，Jungsik Park,Junho Choi等人将地板细缝与电容元件相结合，结果证明该方法减小了地板细缝天线的尺寸，实验结果表明，这种方法进一步提高了地板细缝减小MIMO天线单元间互耦的可行度。

2006年，Aliou Diallo和Cyril Luxey提出一种新的解耦技术——中和线，他们提出在适当的位置将两个工作带宽频率不同的天线单元通过细长的微带线(中和线)连接起来，结果证明该方法可以提高两天线单元间的隔离度。2011年Jian-Feng Li等人对中和线进行改进，提出宽带T型中和线，宽带T型中和线与传统中和线相比较，它工作的范围大大的被拓展了。

2010年，Kin-Lu wong等人利用地板枝节，成功的将不同天线单元之间的隔离度进行了提高，进一步说明了地板枝节在提高天线MIMO隔离度的方法上起到了重要的作用。

2012年，Fang-Hsien Chu,Yeh-Chun Kao,and Kin-Lu Wong等人设计了一款工作于824-960/1710-2170MHz的天线，该天线通过加载电容和在馈电处使用匹配网络在低频出得到了很宽的工作频带，并且只占用了21.5mm×35mm×3mm的空间。

2013，年Foez Ahmed,Ronglin Li等人采用耦合馈电的方法设计了一款天线，在该天线中通过使用地板直接和地板细缝相结合的解耦技术，提高了天线之间的隔离度，使隔离度达到18dB以上。

2014年，Yong-Ling Ban等人设计了一款小型的宽频带手机天线，该天线采用了耦合馈电和加载电容的方法，通过地板枝节的解耦方法，使得在相应的工作带宽上得到了很好的隔离度。

可见，减小耦合的主要方法有：EBG地板结构，解耦网络，地板缝隙，反射单元，地板分支和中和线。然而以上的解耦方法仅仅适用于窄带工作带宽中，而且大多数结构设计复杂，难以实现小型、宽带/多频、高隔离度的设计要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于移动终端的高隔离度的MIMO天线，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于移动终端的高隔离度的MIMO天线，包括介质基板，在介质基板上形成对称结构的天线单元一和天线单元二，在天线单元一上设置激励端口一，在天线单元二上设置激励端口二；所述介质基板的正面结构印制关于介质基板中线对称的两个G形辐射单元，所述介质基板的背面印制地板，还包括两条输入端馈线，输入端馈线与G型辐射单元连接，G型辐射单元上设有两条不同长度的枝节，其中一条枝节采用渐宽的梯形结构，另一条枝节在弯折处减去一三角形结构，所述G型辐射单元与馈电线连接处采用矩形缺口，G型辐射单元与馈电线连接处凸出的矩形贴片。

作为本发明进一步的方案：还包括T型枝节和回型地板缝隙，地板枝节和地板缝隙均关于介质基板中心对称。

作为本发明进一步的方案：所述微带线一和微带线二为50欧姆的微带线。

作为本发明进一步的方案：所述基板是相对介电常数为1-1000的介质基板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中提出利用结合地板枝和地板缝隙有效地提高天线单元间的隔离度，从而减小地板表面电流引起的互耦；

2、本发明具有更小的尺寸，有利于实现MIMO天线的小型化，本发明具有更简单的结构，从而可以降低生产成本，适用于各种多功能小型手持设备中，且能用平面印刷工艺和低成本的FR4板材，降低了制造成本；

3、天线具有结构紧凑，隔离度高，分集性能好等性能优点，可以应用于LTE宽频带的移动终端系统中。

附图说明

图1为用于移动终端的高隔离度的MIMO天线的俯视结构示意图。

图2为用于移动终端的高隔离度的MIMO天线的侧视结构示意图。

图3为用于移动终端的高隔离度的MIMO天线中仿真的回波损耗与频率关系图。

图4为用于移动终端的高隔离度的MIMO天线中仿真的端口间隔离度与频率关系图。

图中：1-正面结构、2-地板、3-介质基板、11a-天线单元一、12-梯形结构、13a-微带线一、14-矩形槽、15-回型缝隙、16a-激励端口一、11b-天线单元二、13b-微带线二、16b-激励端口二、17-L型缝隙、10-T型枝节。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-4，一种用于移动终端的高隔离度的MIMO天线，包括介质基板3，在介质基板3上形成对称结构的天线单元一11a和天线单元二11b，在天线单元一11a上设置激励端口一16a，在天线单元二11b上设置激励端口二16b；所述介质基板3的正面结构1印制关于介质基板3中线对称的两个G形辐射单元，所述介质基板3的背面印制地板2，还包括两条输入端馈线，输入端馈线与G型辐射单元连接，G型辐射单元上设有两条不同长度的枝节，不同长度的枝节分别控制两个天线覆盖的频段，为了有效的覆盖天线需要的频段，其中一条枝节采用渐宽的梯形结构12，目的是拓宽天线的频带，另一条枝节在弯折处减去一三角形结构，目的是改变天线辐射方向，所述G型辐射单元与馈电线连接处采用矩形缺口，目的是改变地板电流的方向，G型辐射单元与馈电线连接处凸出的矩形贴片，目的是有更好的阻抗匹配，综合以上方法，天线能完全覆盖所需要的频段。

在两个相互靠近的天线单元中加入了一对相隔很近的一系列回型缝隙15和T型枝节10就能达到这种隔离度。引入的回型缝隙15可以作为反射枝节反射空间辐射的电磁波从而在低频起到明显的隔离作用，在高频段的隔离措施我们采用通过在地板上加刻T型槽线的方法，以上两种方法能够使得天线在有效频段内的隔离度达到-20dB以上。

更具体地说，所述地板正中间延伸出的T型的地板延伸枝节，起到了对两个G型辐射单元反射作用，同时在地板延伸枝节和两个G型辐射单元之间引入了新的谐振模式，从而进一步优化天线的阻抗匹配。引入的回型缝隙可以作为对一个天线单元到另一个单元起到滤波作用，从而在低频起到明显的隔离作用。也就是说，两者的存在使得电流汇聚在地板延伸枝节和缝隙的周围，从而减少了耦合到另外一个端口的能量，从而实现了两个间隔距离很小的天线间的高隔离度-20dB。

还包括T型枝节和回型地板缝隙，地板枝节和地板缝隙均关于介质基板中心对称。

所述微带线一和微带线二为50欧姆的微带线。

所述基板是相对介电常数为1-1000的介质基板。

实施例：

本发明以型号为FR4的基板为例进行说明。

本发明利用结合地板枝节和地板缝隙的方式提高隔离度的结构示意如图1所示，包括介质基板3、地板2、两个天线单元(形成对称结构的单元一11a和天线单元二11b)，两个激励端口(激励端口一16a和激励端口二16b)，两条50欧姆微带线(微带线一13a和微带线二13b)，T型枝节10和回型缝隙15，其中地板、回型缝隙15及T型枝节10被印制在基板的背面，G型天线被印制在基板的正面。印制在基板正面的G型天线单元一11a经由50欧姆的微带线一13a进行直接馈电；印制在基板正面的G型天线单元二11b经由50欧姆的微带线二13b进行直接馈电。

所述梯形辐射单元是关于介质基板中线对称的G型辐射贴片，G型结构的两个不同长度的枝节来分别控制两个天线覆盖的频段，所述G型结构的一条枝节采用渐宽的梯形形状。

所述地板除了T型枝节10及回型缝隙15以外，在微带线一13a和天线单元一11a处有2mm×4mm的矩形槽，目的是调节阻抗匹配特性，提高带宽。

本发明首先实现WLAN基本频段的覆盖，G型的两个枝节相当于两个单极子天线，相比只能产生单一谐振频率的长度较大的枝节，G型贴片的两个枝节可以在2.4GHz和5.2GHz处分别产生谐振模式，从而覆盖WLAN需要的整个工作频带.相比单一的枝节来说，两个枝节在工作时会产生一定的影响，在一定程度上也提高了天线的带宽。两个枝节可以灵活的调节两个谐振模式，从而实现频率的准确覆盖，在此基础上，后面还在天线与微带线的连接处添加了矩形槽14，并且在G型贴片的长枝节处，使用逐渐变宽的梯形结构12，同样是为了增加天线带宽。

为了实现高的端口间隔离度，通过在介质基板的背面正中间延伸出T型枝节10，可以使得一个端口的天线单元产生的电流被发射，同时利用该直接产生新的模式来调节阻抗带宽和隔离度；其次在介质基板背面中间设置回型缝隙15a，目的是在天线单元一11a和天线二在工作时，改缝隙对其辐射的电流起到滤波作用，把电流束缚在缝隙附近，从而减小两个天线单元的耦合。在天线结构下方的四个L型缝隙17同样是为了减小天线耦合设置的。通过几种方法的使用，使得两个端口间的隔离度降低到-20dB以下，有效的实现了不同端口间的相互干扰最小化。

为了验证本发明方案的有效性，下面给出具体实例进行说明。

图1、图2给出了实施实例在俯视、侧视角度下的结构图。在本实施实例中，选用相对介电常数为4.4，损耗正切为0.02、厚度为0.8mm的FR4介质基板，基板的平面尺寸为96mm×55mm。地板的单元天线部分占用的平面尺寸为15mm×18mm。信号输入端馈线为特征阻抗为50欧姆的微带线，同轴线的内导体与激励单元相连，外导体与主地板相连。

以上述图1、图2所示尺寸制作的天线仿真的反射系数的结果如图3所示。由图可知，该平面印刷天线在WLAN频段的2.4GHz-2.5GHz和5.2GHz-5.8GHz频率范围内产生了多个谐振点，形成的S11小于-10dB带宽，完全覆盖了WLAN频率范围内的所有可用频段。

以上述3个图形所示尺寸制作的天线仿真的端口间隔离度的结果如图4所示。在整个工作频率范围内，端口间的隔离度都低于-20dB，完全满足实际需要。

本发明中提出利用结合地板枝和地板缝隙有效地提高天线单元间的隔离度，从而减小地板表面电流引起的互耦；本发明具有更小的尺寸，有利于实现MIMO天线的小型化，本发明具有更简单的结构，从而可以降低生产成本，适用于各种多功能小型手持设备中，且能用平面印刷工艺和低成本的FR4板材，降低了制造成本；天线具有结构紧凑，隔离度高，分集性能好等性能优点，可以应用于LTE宽频带的移动终端系统中。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种用于移动终端的高隔离度的MIMO天线，其特征在于，包括介质基板，在介质基板上形成对称结构的天线单元一和天线单元二，在天线单元一上设置激励端口一，在天线单元二上设置激励端口二；所述介质基板的正面结构印制关于介质基板中线对称的两个G形辐射单元，所述介质基板的背面印制地板，还包括两条输入端馈线，输入端馈线与G型辐射单元连接，G型辐射单元上设有两条不同长度的枝节，其中一条枝节采用渐宽的梯形结构，另一条枝节在弯折处减去一三角形结构，所述G型辐射单元与馈电线连接处采用矩形缺口，G型辐射单元与馈电线连接处凸出的矩形贴片。

2.根据权利要求1所述的用于移动终端的高隔离度的MIMO天线，其特征在于，还包括T型枝节和回型地板缝隙，地板枝节和地板缝隙均关于介质基板中心对称。

3.根据权利要求1所述的用于移动终端的高隔离度的MIMO天线，其特征在于，所述微带线一和微带线二为50欧姆的微带线。

4.根据权利要求1所述的用于移动终端的高隔离度的MIMO天线，其特征在于，所述基板是相对介电常数为1-1000的介质基板。