CN107112630B - 具有隔离调整部的mimo天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MIMO天线，其包括：第一天线、第二天线及第一隔离调整部。所述第一隔离调整部包括可调电容、可调电感其中之一或两者组合的LC电路；所述第一隔离调整部通过微带线连接于所述第一天线及第二天线之间，用于减小第一天线及第二天线之间的耦合。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种具有隔离调整部的MIMO天线。
背景技术
MIMO(Multi-input Multi-output，多输入多输出)天线技术是MIMO无线通信技术的主要核心技术之一，传统的SISO(Single-input Single-output，单输入单输出)天线系统在信道容量上具有一个不可突破的瓶颈——香农容量的限制。在无尺寸限制的条件下，天线数量越多，系统吞吐率会随着天线的数量成倍的增加。
但是对于终端设备，尺寸是严格限制的，将多个天线集中在小的空间内，将会引起很大的互耦，天线的性能也将随之下降。如何在有限的尺寸下，在终端一侧实现多个天线单元之间的高隔离问题是天线设计的一个难点。
现有的一种实现MIMO天线高隔离的方法是在天线的接地板上开设不同形式的槽缝，将天线之间的耦合电流引入到槽缝处从而起到一个陷波的作用，以阻碍天线之间耦合电流的传输从而提高了天线之间的隔离度。然而，这种开槽的方式只能对工作在特定频段的天线进行隔离，而且开设的槽缝很容易影响周围其它元器件的工作，实用性不强。
现有的另一种实现MIMO天线高隔离的方法是利用中和线连接两个天线单元，天线之间的耦合电流通过中和线进行中和从而提高了天线之间的隔离度。然而，这种采用中和线的方式也只能对工作在特定频段的天线进行隔离，如果天线的工作频率发生变化，则需要不同长度的中和线。
发明内容
本发明提供一种具有隔离调整部的MIMO天线，能对工作在不同频段的多个天线单元进行隔离。
一种MIMO天线，包括：第一天线、第二天线及第一隔离调整部。所述第一隔离调整部包括可调电容、可调电感其中之一或两者组合的LC电路；所述第一隔离调整部通过微带线连接于所述第一天线及第二天线之间，用于减小第一天线及第二天线之间的耦合。
具体地，所述MIMO天线还包括第二隔离调整部，所述第二隔离调整部包括多条间隔设置的微带线。
具体地，所述第二隔离调整部的多条微带线呈梳状结构，各微带线的宽度及长度相同，任意两条相邻的微带线之间的间距相同。
具体地，所述微带线的长度为λg/8，微带线的宽度
相邻的微带线之间的间距为0.5W/N；其中，λg表示MIMO天线的全频段中心频点所对应的波长，
其中λ0是自由空间的波长，εr为所述MIMO天线所在的介质基板的相对介电常数；w0表示微带线特性阻抗为50Ω时的宽度，通过公式Z0＝87/((εr+1.41)*ln(5.98H/(0.8w0+T)))可计算出w0，其中Z0的值为50Ω，H为介质基板厚度，T为微带线的铜箔厚度，N表示微带线的个数。
具体地，所述MIMO天线包括接地板，所述第二隔离调整部的多条微带线其中一部分与所述接地板相连，另一部分未与所述接地板相连，未与接地板连接的微带线呈现串联电容特性，与接地板连接的微带线呈现并联电感特性。
具体地，每一天线连接一可调匹配网络，用于调节天线的频段。
具体地，所述MIMO天线包括第一控制器，用于控制所述可调匹配网络。
具体地，所述MIMO天线还包括第二控制器，用于控制所述第一隔离调整部。
具体地，所述MIMO天线还包括第三天线及第四天线，所述第三天线及第四天线之间连接有第一隔离调整部。
具体地，所述第二隔离调整部设置于所述第二天线及第三天线之间，用于减小所述第二天线及第三天线之间的耦合。
所述具有隔离调整部的MIMO天线利用第一隔离调整部解决第一天线及第二天线之间的去耦，所述第一隔离调整部包括可调电容、可调电感其中之一或两者组合的LC电路，能对工作在不同频段的天线进行去耦。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明MIMO天线实施例一的组成图；
图2为本发明MIMO天线实施例二的组成图；
图3为本发明MIMO天线的第一隔离调整部的具体组成图；
图4为本发明MIMO天线的第二隔离调整部的具体结构图；
图5为本发明MIMO天线实施例三的组成图；
图6为本发明实施例三中MIMO天线选用不同的电感值时天线隔离度与去耦频率之间的关系示意图；
图7为本发明实施例三中MIMO天线的隔离效果仿真图；
图8为本发明MIMO天线实施例四的组成图；
图9为本发明实施例四中MIMO天线的隔离效果仿真图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明涵盖的范围。
请参阅图1，在本发明实施例一中，一种MIMO天线系统包括天线1、天线2、天线3、天线4。天线1及天线2之间、天线3及天线4之间各连接有一第一隔离调整部10，所述第一隔离调整部10用于降低天线1和天线2之间、天线3和天线4之间的耦合。每一天线连接有一可调天线配置网络20，用于调节与之相连的天线的频段。所述可调天线配置网络20由一第一控制单元40控制。所述第一隔离调整部10由一第二控制单元50控制。所述天线1、天线2、天线3及天线4设置于一接地板30上。所述接地板30是一种表面覆有金属薄膜的介质基板；该介质基板上还可通过印刷制版或微波集成等工艺做成多个天线辐射单元。
请参阅图2，在本发明实施例二中，一种MIMO天线系统包括天线1、天线2、天线3、天线4。天线1及天线2之间、天线3及天线4之间各连接有一第一隔离调整部10，所述第一隔离调整部10用于降低天线1和天线2之间、天线3和天线4之间的耦合。天线2及天线3之间设置有第二隔离调整部60，可用于降低天线2及天线3之间的耦合。每一天线连接有一可调天线配置网络20，用于调节与之相连的天线的频段。所述可调天线配置网络20由一第一控制单元40控制。所述第一隔离调整部10由一第二控制单元50控制。所述天线1、天线2、天线3及天线4设置于一接地板30上。
请结合参阅图1及3或结合参阅图2-3，上述实施例一或实施例二中的第一隔离调整部10包括可调电容C、可调电感L其中之一或两者组合的LC电路；所述第一隔离调整部10通过微带线连接于天线1及天线2之间。另一第一隔离调整部10也是通过微带线连接于天线1及天线2之间。
在图3所示的实施例中，第一隔离调整部10通过一段微带线连接具有电感或者电容特性的网络并且连接天线m1和天线m2，所述电感、电容均是可调的。对于电感性天线，隔离调整部所最终所表示的是电容特性，对于电容性天线，隔离调整所最表示的是电感特性。通过调节电容或电感的值，可对不同频段的天线进行去耦。
请结合参阅图1及4或结合参阅图2及图4，上述实施例一或实施例二中的第二隔离调整部60包括多条间隔设置的微带线。所述多条微带线呈梳状结构，其中一部分靠上的微带线未与接地板连接，另一部分靠下的微带线与接地板连接；未与接地板连接的微带线呈现串联电容特性，与接地板连接的微带线呈现并联电感特性。各微带线的宽度及长度可以相同，任意两条相邻的微带线之间的间距可以相同。
所述微带线的长度为λg/8，微带线的宽度
相邻的微带线之间的间距为0.5W/N；其中，λg表示MIMO天线的全频段中心频点所对应的波长，
其中λ0是自由空间的波长，εr为所述MIMO天线所在的介质基板的相对介电常数；w0表示微带线特性阻抗为50Ω时的宽度，通过公式Z0＝87/((εr+1.41)*ln(5.98H/(0.8w0+T)))可计算出w0，其中Z0的值为50Ω，H为介质基板厚度，T为微带线的铜箔厚度，N表示微带线的个数。
所述第二隔离调整部60可以是独立设计的隔离调整部，可用于解决天线2及天线3之间全频段的耦合。通过调整微带线的尺寸和数量以及微带线之间的缝隙调整全频段天线的之间的去耦。所述多条微带线可形成具有超材料特性的结构，使天线2电磁波负向传播从而降低天线2及天线3之间的耦合，从而提高天线之间的隔离度。
请参阅图5，在本发明实施例三中，天线1及天线2、天线3及天线4之间的隔离部均是可调电感。天线1及天线2、或天线3及天线4之间的隔离度与两者之间的电感的值相关。从图6所示的仿真图看到，在隔离度小于-10dB的频段，电感值越大，则去耦频段越低。天线之间的隔离度小于-10dB是天线基本设计要求之一。
在本发明实施例三中，由于天线2及天线3之间未设置隔离部，从图7所示的仿真图看到，天线2和天线3之间的隔离度大于-10dB；表明天线2和3之间的耦合较大。
请参阅图8，在本发明实施例四中，天线1及天线2之间、天线3及天线4之间设置有第一隔离调整部；天线2及天线3之间设置有第二隔离调整部。从图9所示的仿真图示看到，加上第二隔离调整部时，天线2和3之间的隔离度小于-10dB，从而降低了天线之间的耦合，且不影响天线2和3的性能。
本发明提出一种具有不同隔离调整部的MIMO天线。第一隔离调整部解决天线1和天线2、天线3和天线4任意频段的去耦。第二隔离调整部采用全频段内去耦解决天线2和天线3之间的去耦。从而提供了一种去耦结构简单，且去耦的频段可调的MIMO天线。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种MIMO天线，其特征在于，包括：
第一天线；
第二天线；
第三天线；
第四天线；
第一隔离调整部，包括可调电容、可调电感其中之一或两者组合的LC电路；所述第一隔离调整部通过微带线连接于所述第一天线及第二天线之间，用于减小第一天线及第二天线之间的耦合；
所述第三天线及第四天线之间连接有另一第一隔离调整部；
所述MIMO天线还包括第二隔离调整部，其设置于所述第二天线及第三天线之间，用于减小所述第二天线及第三天线之间的耦合；
所述MIMO天线包括接地板，第二隔离调整部的多条微带线其中一部分与所述接地板相连，另一部分未与所述接地板相连，未与接地板连接的微带线呈现串联电容特性,与接地板连接的微带线呈现并联电感特性。
2.据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于：所述第二隔离调整部包括的多条微带线是间隔设置的。
3.据权利要求1-2任意一项所述的MIMO天线，其特征在于：所述第二隔离调整部的多条微带线呈梳状结构，各微带线的宽度及长度相同，任意两条相邻的微带线之间的间距相同。
4.据权利要求3所述的MIMO天线，其特征在于：所述微带线的长度为λg/8，微带线的宽度
相邻的微带线之间的间距为0.5W/N；其中，λg表示MIMO天线的全频段中心频点所对应的波长，
其中λ0是自由空间的波长，εr为所述MIMO天线所在的介质基板的相对介电常数；w0表示微带线特性阻抗为50Ω时的宽度，通过公式Z0＝87/((εr+1.41)*ln(5.98H/(0.8w0+T)))可计算出w0，其中Z0的值为50Ω，H为介质基板厚度，T为微带线的铜箔厚度，N表示微带线的个数。
5.根据权利要求1-2任意一项所述的MIMO天线，其特征在于：每一天线连接一可调匹配网络，用于调节天线的频段。
6.根据权利要求5所述的MIMO天线，其特征在于：所述MIMO天线包括第一控制器，用于控制所述可调匹配网络。
7.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于，所述MIMO天线还包括第二控制器，用于控制所述第一隔离调整部。
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