CN107275782A - 一种mimo天线及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MIMO天线及其装置，MIMO天线包括：介质板、接地板和两个天线单元；介质板包括叠放的两块介质基板；接地板夹设于两块介质基板之间；两个天线单元分别设于两块介质基板远离接地板一侧的板面上；两个天线单元的辐射单元空间交错并呈预设角度设置。本发明MIMO天线具有良好的隔离度、信号抗干扰性能以及工作频宽；且具有良好的数据传输效能。本发明MIMO天线不仅满足产品日趋微小化的需求，而且具有优良的工作性能，适用性广、实用性强，具有良好的市场前景。

Description

一种MIMO天线及其装置

技术领域

本发明涉及MIMO技术领域，尤指一种MIMO天线及其装置。

背景技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。

目前的产品趋于微小化，但由于MIMO天线的数量较多，依次平行设置在产品中，使得MIMO天线占用的空间比较大，进而致使设有MIMO天线的产品尺寸庞大，与目前产品微小化的需求背道而驰，因此，需要将MIMO天线的尺寸尽量降低，但MIMO天线尺寸缩小往往会导致其隔离度恶化，而提高MIMO天线的隔离度最直接的方法是增大天线间的间距，因此，如何在较小的尺寸下获得MIMO天线较高的隔离度，是本领域技术人员亟待解决的难题。

因此，本申请致力于提供一种高隔离度的MIMO天线及其装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种MIMO天线及其装置，本发明MIMO天线具有良好的隔离度、信号抗干扰性能以及工作频宽；且具有良好的数据传输效能。本发明MIMO天线不仅满足产品日趋微小化的需求，而且具有优良的工作性能，适用性广、实用性强，具有良好的市场前景。

本发明提供的技术方案如下：

一种MIMO天线，包括：

介质板、接地板和两个天线单元；

所述介质板包括叠放的两块介质基板；

所述接地板夹设于所述两块介质基板之间；

所述两个天线单元分别设于所述两块介质基板远离所述接地板一侧的板面上；

所述两个天线单元的辐射单元空间交错并呈预设角度设置。

本技术方案中，将介质板、接地板和天线单元集成在一起，较之现有的铺设方式，占用的空间小，满足产品日益微小化的需求；且通过将辐射单元分别印刷在介质板的两个表面上，并使得这两个辐射单元呈空间交错设置。本发明MIMO天线结构简单、平面化程度高、易集成，易加工。更优的是，异面相交的结构特征使得两个辐射单元不仅实现了天线的正交极化，空间上的错位还提高了这两个辐射单元之间的间距，进而提高了它们的隔离度，从而保证了MIMO天线的抗干扰性能及其分集接收效果。天线的正交极化还降低了信号衰落的影响，提高了其接收灵敏度。因此，本发明MIMO天线具有良好的信号抗干扰性能以及良好的工作频宽；且具有良好的数据传输效能。本发明MIMO天线不仅满足产品日趋微小化的需求，而且具有优良的工作性能，适用性广、实用性强，具有良好的市场前景。

进一步优选地，所述预设角度的范围为75-90°。

本技术方案中，通过不同产品对天线极化的需求(分集接收效果以及增益等)以及信号质量要求不同，两个天线单元的辐射单元所形成的夹角可对应设置成不同的夹角。

进一步优选地，所述两个天线单元均包括辐射单元、微带线和馈电点；所述辐射单元和所述馈电点通过所述微带线连接；所述微带线与所述接地板空间叠放；所述辐射单元设于所述接地板于所述介质基板投影的外侧；所述馈电点设于所述微带线远离所述辐射单元的一端。

本技术方案中，由于接地板的大小会影响天线的谐振点及辐射方向图，因此，本发明的接地点优选设置在由两个辐射单元在介质板所围设的区域内(即辐射单元设于接地板于介质基板投影的外侧)，且微带线与接地板空间叠设(即微带线至少部分设于接地板于介质基板投影的内侧)。

进一步优选地，所述辐射单元沿垂直于所述微带线延伸方向的尺寸大于所述微带线的尺寸。

本技术方案中，辐射单元呈膨胀结构增大了本MIMO天线的信号的传输效率和速度、空间自由度、改善了系统性能、提高频带利用率。

进一步优选地，所述辐射单元包括窄口端和扩口端，所述扩口端与所述微带线远离所述馈电点的一端连接；所述窄口端由所述扩口端延伸形成。

本技术方案中，为了满足不同产品对MIMO天线长度以及信号强度的需求，因此，辐射单元可绕设于介质基板的表面上。

进一步优选地，所述接地板于其均靠近所述两个天线单元的辐射单元处开有槽。

本技术方案中，由于两个辐射单元共用夹设于两块介质基板的接地板，通过在该接地板均靠近两个辐射单元的位置处开槽，接地板上的该槽可以改变了接地板上的电流分布情况，进而提高了这两个辐射单元的隔离度，从而提高了本MIMO天线的接收灵敏度、抗干扰性能、良好的工作频宽以及数据传输效能。

进一步优选地，所述介质板为矩形结构；所述两个天线单元的馈电点分别设于所述介质板相邻的两侧边上。

本技术方案中，为了保证天线单元以及辐射单元的长度要求，天线单元的馈电点优选从矩形结构的相邻两边交错设置。

进一步优选地，所述两个天线单元为板状结构、线状结构或板状结构和线状结构的组合。

本发明还公开了一种MIMO天线装置，其包括：

所述MIMO天线装置包括若干个上述所述的MIMO天线。

本技术方案中，设有本发明MIMO天线的装置满足产品不同型号的同时，还可以根据需要设置成双工模式，还具有良好的工作频宽，满足频带资源有限而高速数据需求无限增长的现实需求，具有广阔的市场前景和应用前景。

本发明提供的一种MIMO天线及其装置，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本发明中，将介质板、接地板和天线单元集成在一起，较之现有的铺设方式，占用的空间小，满足产品日益微小化的需求；且通过将辐射单元分别印刷在介质板的两个表面上，并使得这两个辐射单元呈空间交错设置。且异面相交的结构特征使得两个辐射单元不仅实现了天线的正交极化，空间上的错位还提高了这两个辐射单元之间的间距，进一步地接地板夹设设计增加了两个天线单元的空间距离，进而提高了它们的隔离度，从而保证了MIMO天线的抗干扰性能及其分集接收效果。天线的正交极化还降低了信号衰落的影响，提高了其接收灵敏度。因此，本发明MIMO天线具有良好的信号抗干扰性能以及良好的工作频宽，满足频带资源有限而高速数据需求无限增长的现实需求；且具有良好的数据传输效能。本发明MIMO天线不仅满足产品日趋微小化的需求，而且具有优良的工作性能，适用性广(可应用于无线传输、雷达或智能电网等领域)、实用性强，具有良好的市场前景。本发明MIMO天线结构简单、平面化程度高、易集成，易加工。

2、本发明中，由于两个辐射单元共用夹设于两块介质基板的接地板，通过在该接地板均靠近两个辐射单元的位置处开槽，接地板上的该槽可以改变了接地板上的电流分布情况，进而提高了这两个辐射单元的隔离度，从而提高了本MIMO天线的接收灵敏度、抗干扰性能、良好的工作频宽以及数据传输效能。

3、本发明中，为了满足不同产品对MIMO天线长度以及信号强度的需求，因此，将MIMO天线的辐射单元设成膨胀结构(即扩口端)；且膨胀结构可继续延展出辐射分支即窄口端)以满足MIMO天线的实际长度需要以及信号需求，增大了本发明的适用性和实用性。

4、本发明中，设有本发明MIMO天线的装置满足产品不同型号的同时，还具有良好的工作频宽，满足频带资源有限而高速数据需求无限增长的现实需求，具有广阔的市场前景和应用前景。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对MIMO天线及其装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明MIMO天线的一种实施例的俯视图结构示意图；

图2是图1的主视图结构示意图；

图3是本发明MIMO天线的一种实例S参数图。

附图标号说明：

100.介质板，110.第一介质基板，120.第二介质基板，200.接地板，210.槽，300.第一天线单元，310.第一辐射单元，311.第一扩口端，312.第一窄口端，320.第一微带线，330.第一馈电点，400.第二天线单元，410.第二辐射单元，411.第二扩口端，412.第二窄口端，420.第二微带线，430.第二馈电点。

具体实施方式

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

在实施例一中，如图1和2所示，一种MIMO天线，包括：介质板100、接地板200和两个天线单元；介质板100包括叠放的两块介质基板(即第一介质基板110和第二介质基板120)；接地板200夹设于两块介质基板之间；两个天线单元(即第一天线单元300和第二天线单元400)分别设于两块介质基板远离接地板200一侧的板面上；两个天线单元的辐射单元(即第一辐射单元310和第二辐射单元410)空间交错并呈预设角度设置。

本实施例中，将介质板100、接地板200和天线单元集成在一起，较之现有的铺设方式，占用的空间小，满足产品日益微小化的需求；且通过将辐射单元分别印刷在介质板100的两个表面上，并使得这两个辐射单元呈空间交错设置。空间异面相交的结构特征使得两个辐射单元不仅实现了天线的正交极化，空间上的错位还提高了这两个辐射单元之间的间距，接地板200的夹层设计进一步地增加了两个天线单元的空间距离，进而提高了它们的隔离度，从而保证了MIMO天线的抗干扰性能及其分集接收效果。天线的正交极化还降低了信号衰落的影响，提高了其接收灵敏度。因此，本发明MIMO天线具有良好的信号抗干扰性能以及良好的工作频宽，满足频带资源有限而高速数据需求无限增长的现实需求；且具有良好的数据传输效能。本发明MIMO天线不仅满足产品日趋微小化的需求，而且具有优良的工作性能，适用性广(可应用于无线传输、雷达或智能电网等领域)、实用性强，具有良好的市场前景。本发明MIMO天线结构简单、平面化程度高、易集成，易加工。

在实际应用中，在制作本发明的MIMO天线时，可先根据实际需要在介质基板的表面上印制天线单元(即第一天线单元300和第二天线单元400)，在印制过程中，根据事先预设的印制位置、形状进行对应设置。然后将未设有天线单元的表面夹设住接地板200，通过粘结剂、焊接、螺丝等方式将两块介质基板以及接地板200固定在一起便可。本实施例中的MIMO天线在应用时，可为双工模式，可为2×2MIMO天线、1×2MIMO天线或2×1MIMO天线等工作模式，具体使用情况可根据需要本发明MIMO天线的装置的需要来定。甚至，为了提高该装置通信系统的吞吐量、传输距离和频谱等信号要求，可以适当的设置一个或一个以上的本发明MIMO天线，且本发明MIMO天线还可以与其它类型的天线一起设置在同一个装置内，第一天线单元300和第二天线单元400优选为共地微带天线单元。

在实施例二中，如图1和2所示，在实施例一的基础上，第一辐射单元310和第二辐射单元410所形成的夹角范围为75-90°，优选为90°，即在第一辐射单元310和第二辐射单元410在介质板100上的走向呈为90°，这样第一辐射单元310和第二辐射单元410呈双向极化方式，即V/H式极化，保证了本发明MIMO天线不论是开阔的山区还是平原、或是建筑物较为集中的城市都具有良好的分集接收效果，减轻能量衰弱的影响，获得分集增益，提高其接收灵敏度。当然，第一辐射单元310和第二辐射单元410所形成的夹角亦可为75°、80°或85°，设置小于75°等均可，只要与实际需要相符合即可。

在实施例三中，如图1和2所示，在实施例一或二的基础上，第一天线单元300包括第一辐射单元310、第一微带线320和第一馈电点330；第一辐射单元310和第一馈电点330通过第一微带线320连接；第二天线单元400包括第二辐射单元410、第二微带线420和第二馈电点430；第二辐射单元410和第二馈电点430通过第二微带线420连接；第一微带线320和第二微带线420接地板200异面相交且夹角为90°。且第一辐射单元310设在接地板200于第一介质基板110投影的外侧；第一微带线320至少部分设于接地板200于第一介质基板110投影的内侧(即靠近第一辐射单元310的第一微带线320可设于接地板200于第一介质基板110投影的外侧或刚好重叠)；第一馈电点330设于第一微带线320远离第一辐射单元310的一端。同样的，第二辐射单元410设在接地板200于第二介质基板120投影的外侧；第二微带线420至少部分设于接地板200于第二介质基板120投影的内侧第二馈电点430设于第二微带线420远离第二辐射单元410的一端(即靠近第二辐射单元410的第二微带线420可设于接地板200于第二介质基板120投影的外侧或刚好重叠)。在实际应用中，由于接地板200的大小会影响天线的谐振点及辐射方向图，因此，本发明的接地点优选设置在由第一辐射单元310和第二辐射单元410在介质板100上所围设的区域内，即第一辐射单元310和第二辐射单元410必须均设置在接地板200于介质基板投影的外侧。

在实施例四中，如图1和2所示，在实施例三的基础上，第一辐射单元310沿垂直于第一微带线320延伸方向的尺寸大于第一微带线320的尺寸；且第一辐射单元310包括第一窄口端312和第一扩口端311，第一扩口端311的一端与第一微带线320远离第一馈电点330的一端连接；第一扩口端311的另一端第一窄口端312连接，且第一窄口端312由第一扩口端311延伸形成。。上述情况也适用第二天线单元400。第一窄口端312和第二窄口端412的延展方向优选相互垂直且逐渐远离；且第一窄口端312和第二窄口端412的可以直线型设于第一介质基板110和第二介质基板120上，也可以迂回弯曲的形状设于第一介质基板110和第二介质基板120上，但整体延展的方向是相互远离即可。

在实际应用中，第一天线单元300的构造和第二天线单元400相同或不同，即第一辐射单元310和第二辐射单元410的形状、大小、结构可一致或不一致。优选地第一天线单元300和第二天线为板状结构、线状结构或板状结构和线状结构的组合。且介质板100(第一介质基板110和第二介质基板120)为矩形结构；第一天线单元300的第一馈电点330和第二天线单元400的第二馈电点430分别设于介质板100相邻的两侧边(图中未标示)上，但其实第一天线单元300的第一馈电点330设于第一介质基板110的侧边(图中未标示)上，第二天线单元400的第二馈电点430设于第二介质基板120的侧边(图中未标示)。值得说明的是，介质板100、接地板200的大小、形状可根据需要进行改变，它们的形状可以相同亦可不同，如都为圆形、正多边形、不规则多边形等；同样的，第一辐射单元310的第一扩口端311(或第一窄口端312)和第二辐射单元410的第二扩口端411(或第二窄口端412)形状、大小可以相同亦可不同，如为圆形、菱形、椭圆形、矩形或不规则多边形等；且第一辐射单元310的第一扩口端311(或第一窄口端312)与第二辐射单元410的第二扩口端411(或第二窄口端412)的走向优选相互垂直且逐渐远离。

在实施例五中，如图1和2所示，在实施例一、二、三或四的基础上，接地板200于其均靠近第一天线单元300的第一辐射单元310以及第二天线单元400的第二辐射单元410的位置处开有槽210。由于槽210的存在，由于第一辐射单元310和第二辐射单元410共用夹设于第一介质基板110和第二介质基板120之间的接地板200，接地板200上的该槽210可以改变了接地板200上的电流分布情况，进而提高了第一辐射单元310和第二辐射单元410的隔离度，从而提高了本MIMO天线的接收灵敏度、抗干扰性能、良好的工作频宽以及数据传输效能。在实际应用中，槽210在接地板200上的位置、大小、结构可根据实际需要进设置。

在实施例六中，一种MIMO天线装置，包括：MIMO天线装置包括若干个上述的MIMO天线。MIMO天线装置根据实际需要(如型号、信号要求等)可以设置一个或多个本发明的MIMO天线。还可以根据需要设置成双工模式，还具有良好的工作频宽，满足频带资源有限而高速数据需求无限增长的现实需求，具有广阔的市场前景和应用前景。

示例性的，如图1-3所示，为本发明MIMO天线一种实例的S参数：第一介质基板110和第二介质基板120(40mm×40mm×1mm)均为的方形介质基板；且介质板100(40mm×40mm×2mm)的介电常数为4.4的FR-4板材；接地板200为边长25mm×25mm；与介质板100的边缘齐平设置；第一天线单元300和第二天线单元400均为L结构，并沿介质板100的对角线对称分别布置在第一介质基板110和第二介质基板120上；其中第一馈电点330和第二馈电点430分设在介质板100的相邻两侧边上，且第一微带线320和第二微带线420(均长25mm，宽1mm，)呈垂直90°角延伸，且第一微带线320和第二微带线420空间交错的位置位于接地板200于介质板100的投影内，第一扩口端311和第二扩口端411(沿微带线的延伸方向的长度为14mm，沿垂直微带线的延伸方向的长度为9.2mm的菱形结构)；与第一微带线320延伸方向平行的第一窄口端312和与第二微带线420延伸方向平行的第二窄口端412(均长15mm，宽1mm)；槽210(沿接地板200的对角线的方向为8.5mm，宽1mm)设于接地板200的对角线上的末端并靠近第一辐射单元310和第二辐射单元410设置，且设有槽210的接地板200的对角线与第一天线单元300和第二天线单元400的对称线(即介质板100的对角线)重叠。具体设置见图1和2。

利用软件对上述结构、参数进行模拟，可知，如图3所示，从S参数结果可得到的数据信息如下：该MIMO天线的工作频率范围为2.28GHz～2.66GHz(S11<-10dB，S22<-10dB)，具有较宽的工作带宽(380MHz)。可工作在2.4GHz～2.5GHz的WLAN频段，在该工作频带内具有较高的隔离度(S21<-24dB)。从本示例可知，本MIMO天线的占用空间非常的小，可用于体积较小的通讯系统中，如手机、路由器、IPAD、遥控器等；当然，也可用于体积较大的系统，如雷达等，不同的结构、参数可得到不同的工作带宽以及隔离度，因此，在实际应用中，可通过调整第一介质基板110和第二介质基板120，接地板200，槽210，第一天线单元300和第二天线单元400，第一辐射单元310和第二辐射单元410的参数等进行相关的调整，从而得到实际工况所需的工作带宽以及隔离度，以满足不同种类、大小、形状的产品。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种MIMO天线，其特征在于，包括：

介质板、接地板和两个天线单元；

所述介质板包括叠放的两块介质基板；

所述接地板夹设于所述两块介质基板之间；

所述两个天线单元分别设于所述两块介质基板远离所述接地板一侧的板面上；

所述两个天线单元的辐射单元空间交错并呈预设角度设置。

2.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于：

所述预设角度的范围为75-90°。

3.根据权利要求1或2所述的MIMO天线，其特征在于：

所述两个天线单元均包括辐射单元、微带线和馈电点；

所述辐射单元和所述馈电点通过所述微带线连接；

所述微带线与所述接地板空间叠放；

所述辐射单元设于所述接地板于所述介质基板投影的外侧；

所述馈电点设于所述微带线远离所述辐射单元的一端。

4.根据权利要求3所述的MIMO天线，其特征在于：

所述辐射单元沿垂直于所述微带线延伸方向的尺寸大于所述微带线的尺寸。

5.根据权利要求3所述的MIMO天线，其特征在于：

所述辐射单元包括窄口端和扩口端，

所述扩口端与所述微带线远离所述馈电点的一端连接；

所述窄口端由所述扩口端延伸形成。

6.根据权利要求1或2或4或5所述的MIMO天线，其特征在于：

所述接地板于其均靠近所述两个天线单元的辐射单元处开有槽。

7.根据权利要求1或2或4或5所述的MIMO天线，其特征在于：

所述介质板为矩形结构；

所述两个天线单元的馈电点分别设于所述介质板相邻的两侧边上。

8.根据权利要求1或2或4或5所述的MIMO天线，其特征在于：

所述两个天线单元为板状结构、线状结构或板状结构和线状结构的组合。

9.一种MIMO天线装置，其特征在于：

所述MIMO天线装置包括若干个权利要求1-9任意一项所述的MIMO天线。