CN106848584B - 一种mimo天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MIMO天线，用以解决现有技术中存在MIMO系统中，天线之间会互相影响，导致系统性能变差的问题。本发明实施例提供了一种MIMO天线，该天线包括至少两个天线、至少一个天线臂和电路板；所述天线臂位于至少两个天线之间；所述天线臂与所述至少两个天线中的一个天线连接；所述天线臂与所述电路板的地线连接。在至少两个天线之间对应一个天线臂并设置与其中一个天线连接，改变了与天线臂连接的天线的辐射方向，进而削弱了对其他天线的辐射，使得两个天线之间的影响减弱，提高天线之间的隔离度。

Description

一种MIMO天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种MIMO天线。

背景技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出系统)是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号能够通过发射端与接收端的多个天线进行传输。

通常，SISO(Single Input Single Output，单输入单输出系统)一次只能发送或接收一个空间流。而在MIMO系统中，每个信号都可以看成是一个空间流。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往或来自不同天线的信号。MIMO技术能充分利用空间资源，并能够增加无线系统的覆盖范围。

通过多个天线的多发多收，可以在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，成倍的提高MIMO系统的信道容量，具有明显的优势。

但是，对MIMO天线而言，一个天线往往会受到其他天线的影响，最终会影响到整个系统的吞吐量及系统整体的性能。

综上，现有的MIMO系统中，天线之间会互相影响，导致系统性能变差。

发明内容

本发明提供一种MIMO天线，用以解决现有技术中存在MIMO系统中，天线之间会互相影响，导致系统性能变差的问题。

本发明实施例提供了一种多输入多输出系统MIMO天线，该天线包括至少两个天线、至少一个天线臂和电路板；

所述天线臂位于至少两个天线之间；

所述天线臂与所述至少两个天线中的一个天线连接；

所述天线臂与所述电路板的地线连接。

在至少两个天线之间对应一个天线臂并设置与其中一个天线连接，改变了与天线臂连接的天线的辐射方向，进而削弱了对其他天线的辐射，使得两个天线之间的影响减弱，提高天线之间的隔离度。

可选的，所述天线个数大于二；

在相邻的两个天线之间设置一个所述天线臂；

所述天线臂位于所述两个相邻的天线之间；并与所述两个相邻天线中的一个天线连接。

对于天线个数较多的情况，相邻的天线组设置一个天线臂，减弱预设相邻天线之间的相互影响，提高频段的隔离度。

可选的，所述天线个数大于二；

所述两个不相邻的天线之间设置一个所述天线臂；

所述天线臂位于所述两个不相邻的天线之间，并与所述两个不相邻的天线中的一个天线连接；

其中，所述两个不相邻的天线之间至少间隔一个天线。

对于天线个数较多的情况，可以设置在不相邻的天线之间设置天线臂，减弱不相邻天线之间的相互影响，提高天线之间的隔离度。

可选的，所述两个天线最短距离间的中点在所述天线臂所在平面上的投影点位于所述天线臂上。

使得天线臂位于两个天线的中间位置，更好的减弱两个天线之间的影响。

可选的，所述天线臂的宽度是根据所述两个天线之间的距离和两个天线之间谐振的频段确定的。

天线臂的宽带应与两个天线的距离和两个天线之间谐振的频段相关。

可选的，所述天线臂的宽度以不影响两个天线之间的谐振频段为前提，宽度范围在两个天线之间的最短距离的十分之一到十分之二之间。

可选的，设置有所述天线臂的两个天线之间的最短距离小于四分之一波长。

当两个天线之间的最短距离小于四分之一波长时，设置天线臂更有利于改善天线之间的隔离度。

可选的，所述天线臂与所述电路板垂直连接。

可选的，所述天线臂为L形，T形或者弧形。

可选的，若所述天线臂为T形，所述天线臂中未连接电路板的部分将天线臂中连接电路板的部分分成两段，比例为5:9。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例第一种MIMO天线的结构示意图；

图2为本发明实施例第二种MIMO天线的结构示意图；

图3为本发明实施例第三种MIMO天线的结构示意图；

图4为本发明实施例第四种MIMO天线的结构示意图；

图5为本发明实施例第五种MIMO天线的结构示意图；

图6为本发明实施例第六种MIMO天线的结构示意图

图7为本发明实施例第七种MIMO天线的结构示意图；

图8为本发明实施例第八种MIMO天线的结构示意图；

图9为本发明实施例第九种MIMO天线的结构示意图；

图10为本发明实施例第十种MIMO天线的结构示意图；

图11为本发明实施例第十一种MIMO天线的结构示意图；

图12为本发明实施例第十二种MIMO天线的结构示意图；

图13为本发明实施例第十三种MIMO天线的结构示意图；

图14为本发明实施例第十四种MIMO天线的结构示意图；

图15为本发明实施例设置天线臂之前MIMO天线的结构示意图；

图16为本发明实施例一种MIMO天线的电路板的示意图；

图17a为本发明实施例设置天线臂之前第一天线的回波损耗曲线；

图17b为本发明实施例设置天线臂之前第二天线的回波损耗曲线；

图18为本发明实施例设置天线臂之前两个天线的隔离度曲线；

图19为本发明实施例第十五种MIMO天线的结构俯视示意图；

图20为本发明实施例第十五种MIMO天线的结构侧视示意图；

图21a为本发明实施例设置天线臂之后第一天线的回波损耗曲线；

图21b为本发明实施例设置天线臂之后第二天线的回波损耗曲线；

图22a为本发明实施例设置天线臂之后且匹配后的第一天线的回波损耗曲线；

图22b为本发明实施例设置天线臂之后且匹配后的第二天线的回波损耗曲线；

图23为本发明实施例设置天线臂之后且匹配后的两个天线的隔离度曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。

如图1所示，本发明实施例一种多输入多输出系统MIMO天线，该天线100包括至少两个天线101、至少一个天线臂102和电路板103；

所述天线臂102位于至少两个天线101之间；

所述天线臂102与所述至少两个天线101中的一个天线101连接；

所述天线臂与所述电路板103的地线连接。

增加的天线臂与一个天线连接，可以改变与天线臂连接的天线的辐射方向，相对的，可以使得天线臂连接的天线向其他天线的辐射方向发生改变，进而削弱了对其他天线的辐射，最终使得天线之间的互相影响减弱，提高了天线之间的隔离度。

需要说明的是，天线需要与电路板连接，也即天线的馈电位在电路板上，以在天线和电路板之间传输射频信号。

如图2所示，当包含两个天线时，可以在两个天线201之间设置天线臂202，

所述天线臂202位于两个天线201之间；

所述天线臂202与所述两个天线201中的一个天线201连接；

所述天线臂与所述电路板203的地线连接。

需要说明的是，天线形状有许多种，图2所示的天线形状只是举例说明，并不局限于图2所示的天线形状；天线的排列方式有许多，图2所示的天线的排列方式只是举例说明，并不局限于图2所示的天线的排列方式。

当天线的个数大于2时，可以在相邻的天线之间设置天线臂，也可以在不相邻的天线之间设置天线臂；下面就两种情况分别进行简单介绍：

情况一，相邻的两个天线设置一个天线臂。

相邻的两个天线之间设置一个所述天线臂；

所述天线臂位于所述两个相邻的天线之间；并与所述两个相邻天线中的一个天线连接。

天线与电路板相接，也即天线的馈电点位于电路板上，天线臂与电路板的地线连接。

以天线个数为8为例，如图3所示，相邻的两个天线302设置一个天线臂301，所述天线臂301位于所述两个相邻的天线302之间；并与所述两个相邻天线302中的一个天线302连接。

天线302与电路板303相接，也即天线的馈电点位于电路板303上，天线臂301与电路板303的地线连接。

以天线个数为7为例，如图4所示，相邻的两个天线402设置一个天线臂401，所述天线臂401位于所述两个相邻的天线402之间；并与所述两个相邻天线402中的一个天线402连接。

天线402与电路板403相接，也即天线的馈电点位于电路板403上，天线臂401与电路板403的地线连接。

其中，天线的形状和天线的排列方式均是举例说明，凡是MIMO天线的形状和排列方式均适用于本发明实施例。

情况二，不相邻的两个天线设置一个天线臂；

所述两个不相邻的天线之间设置一个天线臂；

所述天线臂位于所述两个不相邻的天线之间，并与所述两个不相邻的天线中的一个天线连接；

其中，所述两个不相邻的天线之间至少间隔一个天线；

天线与电路板相接，也即天线的馈电点位于电路板上，天线臂与电路板的地线连接。

需要说明的是，不相邻是指之间存在天线且间隔的天线个数至少一个。

以天线个数为8为例，如图5所示，不相邻的两个天线502设置一个天线臂501，所述天线臂501位于所述两个不相邻的天线502之间；并与所述两个不相邻天线502中的一个天线502连接。如图5虚线框中，两个不相邻的天线502之间相隔一个天线，且设置一个天线臂501；每个不相邻的天线502之间间隔一个天线502。

天线502与电路板503相接，也即天线的馈电点位于电路板503上，天线臂501与电路板503的地线连接。

当天线的个数大于2时，也可以将天线划分为两两一组，每组天线设置一个天线臂，也可以将天线划分为两两一组，只有预设的天线组设置一个天线臂，下面就两种情况分别进行简单介绍：

情况一，天线两两成组，每个天线组设置一个天线臂。

将相邻的两个天线作为一个天线组，且每个天线组之间没有共有的天线，所述每个天线组设置一个所述天线臂；

所述天线臂位于对应的天线组中的两个天线之间，并与对应的天线组中的一个天线连接。

天线与电路板相接，也即天线的馈电点位于电路板上，天线臂与电路板的地线连接。

当天线个数为偶数时，可以进行两两分组；当天线个数为奇数时，可以根据实际需要在其中选取偶数个天线，进行两两分组。

以天线个数为8为例，如图6所示，将8个天线分为四组，相邻的两个天线作为一个天线组600，每个天线组600之间没有共有的天线602，所述天线臂601位于对应的天线组600中的两个天线602之间，并与对应的天线组600中的一个天线602连接。

天线602与电路板603相接，也即天线的馈电点位于电路板603上，由天线臂601与电路板603的地线连接。

需要说明的是，天线形状有许多种，图6所示的天线形状只是举例说明，并不局限于图6所示的天线形状；天线的排列方式有许多，图6所示的天线的排列方式只是举例说明，并不局限于图6所示的天线的排列方式。

以天线个数为7为例，如图7所示，根据实际需要选取7个天线702中的6个分天线702分为三组，相邻的两个天线702作为一个天线组700，每个天线组700之间没有共有的天线702，所述天线臂701位于对应的天线组700中的两个天线702之间，并与对应的天线组700中的一个天线702连接。

天线702与电路板703相接，也即天线的馈电点位于电路板703上，天线臂701与电路板703的地线连接。

需要说明的是，分组方式有许多中，并不局限于上述的分组方式。

天线的形状和天线的排列方式均是举例说明，凡是MIMO天线的形状和排列方式均适用于本发明实施例。

情况二，在预设的天线组中设置天线臂。

将相邻的两个天线作为一个天线组，且每个天线组之间没有共有的天线，预设的天线组设置一个所述天线臂；

所述天线臂位于对应的天线组中的两个天线之间，并与对应的天线组中的一个天线连接。

天线与电路板相接，也即天线的馈电点位于电路板上，天线臂与电路板的地线连接。

当天线个数为偶数时，可以进行两两分组；当天线个数为奇数时，可以根据实际需要在其中选取偶数个天线，进行两两分组。

对于预设天线组，可以是在分组之前确定的需要减弱两个天线之间影响的两个天线组成的，也即预设天线组是在分组之前就已经确定的天线组，也可以分组之后，根据实际需要选定。预设天线组的确定方式有许多中，凡是可以确定预设天线组的方式均适用于本发明实施例。

以天线个数为8为例，如图8所示，将8个天线802分为四组，相邻的两个天线802作为一个天线组800，每个天线组之间没有共有的天线802，预设的天线组800设置一个所述天线臂801，所述天线臂801位于对应的天线组800中的两个天线802之间，并与对应的天线组800中的一个天线802连接。

天线802与电路板803相接，也即天线的馈电点位于电路板803上，天线臂801与电路板803的地线连接。

以天线个数为7为例，如图9所示，根据实际需要选取7个天线902中的6个天线分为三组，相邻的两个天线作为一个天线组，每个天线组之间没有共有的天线，预设的天线组900设置一个所述天线臂901，所述天线臂901位于对应的天线组900中的两个天线902之间，并与对应的天线组900中的一个天线902连接。

天线902与电路板903相接，也即天线的馈电点位于电路板903上，天线臂901与电路板903的地线连接。

需要说明的是，设置了天线臂之后，各个天线谐振的频率可能会发生偏移，此时，需要对各个天线进行重新匹配。

其中，天线的形状和天线的排列方式均是举例说明，凡是MIMO天线的形状和排列方式均适用于本发明实施例。

由于所述天线臂与其中一个天线连接，使所述天线臂所在平面与所述天线臂与所述两个天线中的一个天线的连接面相交。

如图10所示，所述天线臂1001位于XY平面，天线臂与其中一个天线1002的接触面1003位于XZ平面，XY平面与XZ平面垂直相交。

所述天线臂应位于两个天线之间，可以设置所述两个天线最短距离间的中点在所述天线臂所在平面上的投影点位于所述天线臂上。也即所述天线臂经过所述两个天线最短距离的中点在所述天线臂所在平面上的投影点。所述天线臂所处位置应处于两个天线之间的中间部位。

需要说明的是，两个天线的最短距离是指两个天线上相距最近的两点之间的距离。

如图11所示，可以设置所述天线臂1101经过所述两个天线1102最短距离AB的中点在所述天线臂所在平面上的投影点C，，所述天线臂经过C点。

所述天线臂的宽度是根据所述两个天线之间的距离和两个天线之间谐振的频段确定的。

所述天线臂的宽度以不影响两个天线之间的谐振频段为前提，宽度范围在两个天线之间的最短距离的十分之一到十分之二之间；宽度可以根据隔离度测试结果进行相应调节，以达到最佳宽度。

当两个天线之间的距离较近，设置的天线臂可以较好的减弱两个天线之间的影响，例如两个天线之间的最短距离小于四分之一波长，设置的天线臂能够减弱两个天线之间的影响，提高天线之间的隔离度。

较佳的，可以使所述天线臂与所述电路板垂直连接。

对于天线臂的形状可以为L形的，也可以为T形，也可以为弧形的。

如图12所示，所述天线臂1202为L形，

所述天线臂1202位于两个天线1201之间；

所述天线臂1202与所述两个天线1201中的一个天线1201连接；

所述天线臂1202与所述电路板1203的地线连接。

如图13所示，所述天线臂1302为T形；

所述天线臂1302位于两个天线1301之间；

所述天线臂1302与所述两个天线1301中的一个天线1301连接；

所述天线臂1302与所述电路板1303的地线连接。

较佳的，天线臂为T形，可以设置所述天线臂中未连接电路板的部分将天线臂中连接电路板的部分分成两段，比例为5:9。

如图14所示，所述天线臂1402为弧型；

所述天线臂1402位于两个天线1401之间；

所述天线臂1402与所述两个天线1401中的一个天线1401连接；

所述天线臂1402与所述电路板1403的地线连接。

需要说明的是，天线臂的形状由许多中并不局限于上述几种形状。

天线臂的材质一般为导电金属或者导电合金。

下面介绍其中一种MIMO天线：

如图15所示为一种MIMO天线，其中包含两个天线。左侧天线为第一天线1501，右侧天线为第二天线1502，第一天线的馈电点1503位于第一天线的左下角位置，第二天线的馈电点位1504于第二天线侧臂较中间位置，且两个馈电点位平行状态但不垂直。两个天线位于一块长46mm，宽为40mm的电路板上，电路板的宽度接近四分之一波长而小于二分之一波长，第一天线和第二天线最近距离为20mm小于四分之一波长，第一天线和第二天线不垂直。图15中的阴影部分为铺铜部分1505，空白部分为天线的净空区1506，大小约为16mm*40mm。

图16为电路板背面，阴影部分为铺铜区域1600，左上角的铺铜区域1601没有和电路板的地线相连，主要作用是谐振出第一天线的5GHz频段。

在不设置天线臂之前两天线的回波损耗及隔离度如图17a、图17b及图18所示。图17a为第一天线的回波损耗曲线，横坐标为频率，单位为GHz(吉赫兹)，纵坐标为回波损耗，单位为dB，图17b为第二天线的回波损耗曲线，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为回波损耗，单位为dB，可以看出第一天线和第二天线是谐振在2.4GHz-2.5GHz及5.18GHz-5.88GHz双频段天线。图18为第一天线和第二天线的隔离度曲线，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为隔离度，单位为dB，由图18所示，两个天线在2.4GHz-2.5GHz频段的隔离度为-6.5dB～-10dB，在5.18GHz-5.88GHz频段的隔离度为-8.9dB～-15.8dB，两个频段的隔离度都较差。

在电路板正面中间区域垂直电路板设置一个T形天线臂，T形天线臂与电路板的地线连接，T形天线臂垂直电路板部分的宽度约为3mm，约为两天线相距最短距离的0.15倍；T形天线臂平行电路板部分与第二天线的天线末端连接，T形天线臂平行电路板部分将T形天线臂垂直电路板部分分成两段，比例约为5:9。

T形天线臂垂直电路板部分的宽度设置主要以不影响两个天线在5GHz频段的谐振为前提，为了有效改善两个天线的隔离度，要求不窄于1mm。

两个天线和天线臂的俯视图如图19所示，为了便于描述，将第一天线1900划分为五部分，分别对应编号1901、1902、1903、1904、1905；将第二天线1906划分为四部分，分别对应编号1907、1908、1909、1910；T形天线臂1911包括两部分。T形天线臂垂直电路板部分1912，T形天线臂平行电路板部分1913，电路板对应的编号为1914。

两个天线和天线臂的侧视图如图20所示，电路板2014位于XY平面，天线臂2011平行于XY平面，第一天线2000的组成部分2005和第二天线2006的组成部分2010平行于XY平面，第二天线2006的组成部分2007、2008、2009和第一天线2000的组成部分2001、2002、2003、2004均垂直于XY平面；第一天线2000的组成部分2001和第二天线2006的组成部分2007平行于XZ平面。T形天线臂2011包括两部分，T形天线臂垂直电路板部分2012，T形天线臂平行电路板部分2013。T形天线臂平行电路板部分2013与第二天线2006的组成部分2007连接。

增加了天线臂后的两个天线的回波损耗如图21a和图21b所示，图21a为第一天线的回波损耗曲线，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为回波损耗，单位为dB，图21b为第二天线的回波损耗曲线，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为回波损耗，单位为dB。从图21a和图21b可以看出增加了天线臂后天线的谐振发生了偏移。重新对天线进行匹配，匹配后的回波损耗如图22a和图22b所示。图22a为匹配后第一天线的回波损耗曲线，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为回波损耗，单位为dB，图22b为匹配后第二天线的回波损耗曲线，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为回波损耗，单位为dB。增加天线臂后的隔离度如图23所示，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为隔离度，单位为dB。2.4GHz频段的隔离度从-6.5dB提升到-15.1dB，2.5GHz频段的隔离度从-10dB提升到-14.6dB，5.18GHz频段的隔离度从-9dB提升到-18.2dB；5.88GHz频段的隔离度从-15.9dB提升到-24.2dB。

表1所示为增加天线臂前各个天线的回波损耗和两个天线隔离度，S11表示第一天线的回波损耗，S22表示第二天线的回波损耗，S21表示第一天线和第二天线的隔离度。

频段	2.4GHz-2.5GHz	5.18GHz-5.88GHz
			S11	-15.1dB～-15.9dB	-7.5dB～-12.8dB
S22	-10.5dB～-6.0dB	-6.5dB～-7.6dB
			S21	-6.5dB～-10dB	-9～-15.9dB

表1

表2所示为增加天线臂后各个天线的回波损耗和两个天线隔离度的数值，S11表示第一天线的回波损耗，S22表示第二天线的回波损耗，S21表示第一天线和第二天线的隔离度。

频段	2.4GHz-2.5GHz	5.18GHz-5.88GHz
			S11	-10.8dB～-7.8dB	-5.7dB～-11.6dB
S22	-7.9dB～-6.7dB	-5.0dB～-8.9dB
			S21	-15.1dB～-14.6dB	-18.2dB～-24.2dB

表2

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种多输入多输出系统MIMO天线，其特征在于，该天线包括至少两个天线、至少一个天线臂和电路板；

所述天线臂位于至少两个天线之间；

所述天线臂与所述至少两个天线中的一个天线连接；

所述天线臂与所述电路板的地线连接；

其中，所述至少两个天线的谐振的频率是在设置所述天线臂后，进行重新匹配确定的；

所述天线臂的宽度是根据所述两个天线之间的最短距离和所述两个天线之间谐振的频段确定的。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线个数大于二；

在相邻的两个天线之间设置一个所述天线臂；

所述天线臂位于所述两个相邻的天线之间，并与所述两个相邻天线中的一个天线连接。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线个数大于二；

所述两个不相邻的天线之间设置一个所述天线臂；

所述天线臂位于所述两个不相邻的天线之间，并与所述两个不相邻的天线中的一个天线连接；

其中，所述两个不相邻的天线之间至少间隔一个天线。

4.如权利要求1～3任一所述的天线，其特征在于，所述天线臂位于两个天线之间，包括：

所述两个天线最短距离的中点在所述天线臂所在平面上的投影，位于所述天线臂上。

5.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线臂的宽度以不影响两个天线之间的谐振频段为前提，宽度范围在两个天线之间的最短距离的十分之一到十分之二之间。

6.如权利要求1～3任一所述的天线，其特征在于，设置有所述天线臂的两个天线之间的最短距离小于四分之一波长。

7.如权利要求1～3任一所述的天线，其特征在于，所述天线臂与所述电路板垂直连接。

8.如权利要求1～3任一所述的天线，其特征在于，所述天线臂为L形，T形或者弧形。

9.如权利要求8所述的天线，其特征在于，若所述天线臂为T形，所述天线臂中未连接电路板的部分将天线臂中连接电路板的部分分成两段，比例为5:9。

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