CN107078376A - 使用磁性介电材料、具有信道间隔离的多输入多输出天线 - Google Patents

使用磁性介电材料、具有信道间隔离的多输入多输出天线 Download PDF

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Abstract

一种天线组件包括具有顶面和底面的介电层，被布置在介电层的底面上的接地层，由介电层的顶面层支撑并被布置在介电层的顶面层上的两个天线元件，以及被布置在两个天线元件之间的磁性电介质。

Description

使用磁性介电材料、具有信道间隔离的多输入多输出天线
技术领域
本文中公开的实施方式涉及电信系统，以及具体地涉及具有信道间隔离的MIMO(多输入多输出)天线系统。
背景技术
具有更高数据速率的通信标准越来越多的应用导致对于MIMO(多输入多输出)天线系统的更高的要求，无论是在基站或接入点设备的内部还是外部，所述通信标准例如是LTE(长期演进)蜂窝系统和IEEE 802.11n(以及以上)Wi-Fi系统。
MIMO天线包括两个或更多个独立天线。MIMO天线系统可以以若干不同方式来操作。第一，预编码是在发射器处发生的多流波束成形空间处理。在(单流)波束成形中，相同的信号从每个具有合适的相和增益加权的发射天线发送，以使得信号功率在接收器输入端最大化。第二，在空间复用中，将高速率信号分成多个较低速率流并且每个流在相同的频率信道中从不同的发射天线发送。第三，在分集方法中，单个流从具有完全正交或接近正交的编码的每个发射天线发送。分集编码利用多个天线链路中的独立衰减来增强信号分集。
目前，大多数MIMO无线接入点(例如利用802.11n的那些无线接入点)使用外部棒状天线。这些天线的成本低，但其既不是常见的宽频带天线也不是小外形天线，因为这样的天线的覆盖模式是全向的，近乎垂直于天线杆所沿着的轴线方向。这样，安装在天花板上的接入点需要其棒状天线指向地面，以提供所需的全向覆盖。
在较小的小区位置或在一些Wi-Fi部署中经常使用的另一类型的天线是谐振贴片天线。这样的天线具有扁平的形状，其克服了棒状天线的外形问题并一般同样是低成本的，然而，通常他们仍旧在性质上是窄频带的，因此仅能够适用于单频带系统(例如，在单独一个设计中为仅Wi-Fi或仅WCDMA而不能二者兼备)。可以增加贴片天线的复杂度以实现更宽频带，然而，达到这一目的所使用的主要方法，例如使用开口耦合的、堆叠的贴片布置，极大地提高了制造过程的精度/难度以及复杂度，同时还依靠昂贵的低损耗介电材料以实现合理的增益和效率。
附图说明
以下说明不应被视作任何形式的限制。参照附图，相似的元件使用相似的标号：
图1是根据一个实施方式的具有棒状天线元件的常见的MIMO天线的框图；
图2是根据另一个实施方式的具有棒状天线元件的常见的MIMO天线的框图；
图3是根据一个实施方式的具有贴片天线元件的常见的MIMO天线的框图；
图4是根据另一个实施方式的具有贴片天线元件的常见的MIMO天线的框图；
图5是不具有磁性介电元件的MIMO天线的频率响应曲线图；以及
图6是具有磁性介电元件的MIMO天线的频率响应曲线图。
具体实施方式
参照附图，通过示例而非限制的方式在本文中介绍了本公开系统、装置和方法的一个或更多个实施方式的详细描述。
本文中公开的实施方式提供了在独立天线之间具有低耦合的MIMO天线。尽管以下讨论涉及2×2天线，应理解的是，其教导也可适用于任何数目的输入/输出，比如作为例子的2×2、3×3或4×4的MIMO。在一些实施方式中，天线系统能够被容纳在小的、小外形的结构中。公开的实施方式还可以符合对于大多数仍在使用的这种类型的天线产品的一般要求；所述要求比如是：举例来说，高增益、低成本和易于制造。
参照图1，描绘了2×2的MIMO天线100的简略图。MIMO天线100包括第一端口101和第二端口102。端口101、102中的每个可以是输入/输出端口并耦合到相应的天线元件103、104。虽然示出的是棒状天线，应理解的是，天线元件103、104可以是包括但不限于贴片天线、棒状天线等任意类型的天线元件。
在操作中，所谓的S参数描述了在端口101和端口102之间的输入-输出关系。例如，如果端口101被称作端口1，端口102被称作端口2，则S12表示从端口2传输到端口1的功率，S21表示从端口1传输到端口2的功率。另外，S11是当输入信号被提供到端口101时，在端口101处被接收回的反射功率(例如，回波损耗)。理想情况下，S11应当为0(例如，负无限大dB)。然而，提供到天线103的一些功率仅由于天线的构造而被反射回。由于S12，存在可能看起来像反射功率但又不是反射功率的另一能量源。也就是说，如果天线元件104未与天线元件103解耦，则由天线元件104传输的信号的一部分可以由天线元件103接收，在端口101处好像是来自天线103的反射功率(S11)。本文中公开的实施方式可以减少或消除MIMO系统中天线元件(例如元件103、104)之间的耦合。这可以例如通过在天线之间布置磁性电介质来实现。在一个实施方式中，磁性电介质105可以具有分别为9和0.015的实介电常数和虚介电常数(ε’和ε”)以及分别为9和0.016的实磁导率和虚磁导率(μ’和μ”)。使用其他值当然也是可能的。
如图1所示，磁性电介质105可以由位于天线103、104之间的单片形成。磁性电介质的尺寸和厚度可以改变以适合特定的安装。
在另一实施方式中，以及如图2所示，天线元件103、104中的一个或者两个可以包括分别围绕他们的相应的磁性电介质105a和105b。
在另一实施方式中，天线元件可以是贴片天线。该实施方式的一个示例在图3中示出。这一实施方式的MIMO天线300包括端口301和端口302。端口301和端口302可以电耦合到相应的贴片天线元件303、304。该实施方式(跟所有其他实施方式一样)的MIMO天线300可以包括接地层(ground plane)306，其通过介电层307来与贴片天线元件303、304分离。贴片天线元件303、304中的每一个可以由任意类型的金属材料(包括铜)形成。磁性电介质覆盖片305a、305b覆盖相应的贴片天线元件303、304。
在替选实施方式中，即如图4所示，磁性电介质405可以由位于天线303、304之间的单片形成。磁性电介质405的尺寸和厚度可以改变，以适应特定的安装。
在图3和图4中，贴片天线303、304被示出为在介电层307顶部上。当然，其他的布置也是可能的，包括例如将贴片天线元件303、304全部或部分地沉入电介质中。在图3和图4中，接地层306由附加层308来支撑，附加层308可以由例如刚性或半刚性电介质材料形成。
图5示出了如图3所示构造的不包括磁性电介质覆盖片的MIMO天线的频率响应的示例。该曲线图包括相对于频率绘制的S11(曲线502)和S22(曲线504)。在这一示例中，贴片天线303、304是3.4×4.4厘米的贴片天线，接地层具有4.6×8.8厘米的尺寸，电介质307具有0.5毫米的厚度且具有分别为5.7和0.005的实介电常数和虚介电常数(ε’和ε”)以及分别为1.8和0.08的实磁导率和虚磁导率(μ’和μ”)。S11和S22相互不重叠的事实表明了贴片是耦合的(也就是说，来自一个的信号由另一个接收并且出现在S11/S22中)。
作为对比，图6示出了图3所示构造的包括磁性电介质覆盖片的MIMO天线的频率响应的示例。该曲线图包括相对于频率绘制的S11(曲线602)和S22(曲线604)。在这一示例中，S11和S22相互重叠，这表明了其具有完全或接近完全的解耦。在这一示例中，贴片天线元件303、304、接地层306和电介质307具有与上文相同的尺寸和性质，磁性电介质贴片305a、305b具有分别为9和0.015的实介电常数和虚介电常数(ε’和ε”)以及分别为9和0.016的实磁导率和虚磁导率(μ’和μ”)。
比较图5和图6，贴片天线的传输频率存在轻微偏移。这可以通过本领域技术人员来进行调整以符合特定场合的需要。
应当理解的是，在图1至图4中示出的全部设备是简化的框图。与这些附图相关的教导可以适用于任何类型的天线。例如，任何三维金属化电介质天线结构可以包括本文公开的磁性电介质解耦元件。
本发明进一步通过以下实施方式来说明。
实施方式1。一种天线组件包括：具有顶面和底面的介电层；被布置在介电层的底面上的接地层；由介电层的顶面层支撑并被布置在所述介电层的顶面层上的两个天线元件；以及被布置在两个天线元件之间的磁性电介质。
实施方式2。根据实施方式1所述的天线组件，其中，天线元件是棒状天线。
实施方式3。根据实施方式2所述的天线组件，其中，磁性电介质被布置在所述顶面上或被布置在所述顶面上方。
实施方式4。根据实施方式2所述的天线组件，其中，磁性电介质被布置在所述两个天线元件中的一个或两个上。
实施方式5。根据实施方式1所述的天线组件，其中，天线元件是贴片天线。
实施方式6。根据实施方式5所述的天线组件，其中，磁性电介质被布置在所述顶面上或被布置在所述顶面上方。
实施方式7。根据实施方式6所述的天线组件，其中，磁性电介质被布置在所述两个天线元件中的一个或两个上。
实施方式8。根据实施方式6所述的天线组件，其中，磁性电介质覆盖所述两个天线元件中的一个或两个。
实施方式9。根据实施方式1至8中的任意一项或多项所述的天线组件，进一步包括：针对一个或更多个天线元件中的每一个的至少一个端口。
实施方式10。根据实施方式1至9中的任意一项或多项所述的天线组件，进一步包括：支撑接地层的支撑介电层。
本领域技术人员会认识到，各种构件或技术可以提供特定的必要或有益的功能或特性。因此，对于支撑附属权利要求及其变型所需要的这些功能和特性被认为是固有地包括为本文的教导的一部分以及本公开内容的一部分。
本发明尽管是参照示例性实施方式描述的，本领域技术人员应理解的是，可以进行各种改变并且可以对其元件进行等同替换而不背离本发明的范围。另外，本领域技术人员将认识到多种修改以使特定仪器、特定情况或特定材料适应本发明的教导而不背离本发明的基本范围。因此，本发明不意图限于作为为了实现本发明所设计的最优模式而公开的特定实施方式，而是包括落在附属权利要求的范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种天线组件，包括：
介电层，所述介电层具有顶面和地面；
接地层，所述接地层被布置在所述介电层的所述底面上；
两个天线元件，所述天线元件由所述介电层的顶面层支撑并被布置在所述介电层的顶面层上；以及
磁性电介质，所述磁性电介质被布置在所述两个天线元件之间。
2.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述天线元件是棒状天线。
3.根据权利要求2所述的天线组件，其中，所述磁性电介质被布置在所述顶面上或被布置在所述顶面上方。
4.根据权利要求2所述的天线组件，其中，所述磁性电介质被布置在所述两个天线元件中的一个或两个上。
5.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述天线元件是贴片天线。
6.根据权利要求5所述的天线组件，其中，所述磁性电介质被布置在所述顶面上或被布置在所述顶面上方。
7.根据权利要求6所述的天线组件，其中，所述磁性电介质被布置在所述两个天线元件中的一个或两个上。
8.根据权利要求6所述的天线组件，其中，所述磁性电介质覆盖所述两个天线元件中的一个或两个。
9.根据权利要求1至8中的任意一项或多项所述的天线组件，进一步包括：针对所述一个或多个天线元件中的每个的至少一个端口。
10.根据权利要求1至9中的任意一项或多项所述的天线组件，进一步包括：支撑所述接地层的支撑介电层。
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