CN107404010B - 一种双频带滤波mimo天线 - Google Patents

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Abstract

申请实施例提供的一种双频带滤波MIMO天线，涉及电子通信技术领域，所述装置包括：介质基板；天线单元，所述天线单元与所述介质基板上表面固定连接，所述天线单元包括：金属地板，所述金属地板位于所述介质基板的下表面；滤波单元，所述滤波单元位于所述介质基板的上表面，与所述金属地板的位置相对应；辐射单元，所述辐射单元位于所述介质基板的上表面，与所述滤波单元连接；解耦合网络，所述解耦合网络与所述天线单元的金属地板连接。解决了由于MIMO天线的天线和滤波器都是独立设计，导致终端设备尺寸过大以及信号稳定性低的技术问题，达到了实现双频带滤波，以及天线和滤波器的集成设计，有益于减小终端设备的体积；以及提高信号稳定性的技术效果。

Description

一种双频带滤波MIMO天线
技术领域
本发明涉及电子通信技术领域，特别涉及一种双频带滤波MIMO天线。
背景技术
多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术的出现可以很好地改善和提高无线通信网络的性能。MIMO技术的优点在于不增加系统发射功率及带宽的情况下，能够成倍地提高MIMO系统的信道容量和频谱利用率，MIMO技术也成为了第四代无线通信的关键技术之一。
随着移动通信终端小型化及平面化的发展，通信系统要求终端设备在保持性能的前提下，尺寸尽可能的小，但现有技术中一般在无线通讯系统的应用中，天线和滤波器都是独立设计完成。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
现有技术中的MIMO天线的天线和滤波器都是独立设计，不能同时满足终端设备小型化以及保证信号稳定性高的要求。
发明内容
本申请实施例通过提供一种双频带滤波MIMO天线，解决了现有技术中由于MIMO天线的天线和滤波器都是独立设计，导致终端设备尺寸过大以及信号稳定性低的技术问题，达到了实现双频带滤波，以及天线和滤波器的集成设计，有益于减小终端设备的体积；以及提高信号稳定性的技术效果。
鉴于上述问题，提出了本申请实施例以便提供一种双频带滤波MIMO天线。
本申请实施例提供了一种双频带滤波MIMO天线，所述电路包括：介质基板；天线单元，所述天线单元与所述介质基板上表面固定连接，所述天线单元包括：金属地板，所述金属地板位于所述介质基板的下表面；滤波单元，所述滤波单元位于所述介质基板的上表面，与所述金属地板的位置相对应；辐射单元，所述辐射单元位于所述介质基板的上表面，与所述滤波单元连接；解耦合网络，所述解耦合网络与所述天线单元的金属地板连接。
优选的，所述天线单元的数量为4个，其中，相邻所述天线单元呈两两垂直设置。
优选的，所述滤波单元包括：第一谐振器，所述第一谐振器位于所述介质基板的上表面；第二谐振器，所述第二谐振器位于所述介质基板的上表面，所述第二谐振器与所述第一谐振器平行排列，开口相对。
优选的，所述第一谐振器与所述第二谐振器结构相同。
优选的，所述第一谐振器具有第一馈电点，所述第一馈电点连接输入和/或输出端口。
优选的，所述第一谐振器、所述第二谐振器均为阶梯阻抗谐振器。
优选的，所述第二谐振器具有第二馈电点。
优选的，所述辐射单元包括：贴片天线，所述贴片天线位于所述介质基板的上表面，所述贴片天线与所述第二馈电点连接。
优选的，所述贴片天线的设置方向与所述第一谐振器相同。
优选的，所述金属地板为矩形金属贴片。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本申请实施例提供的一种双频带滤波MIMO天线，所述装置包括：介质基板；天线单元，所述天线单元与所述介质基板上表面固定连接，所述天线单元包括：金属地板，所述金属地板位于所述介质基板的下表面；滤波单元，所述滤波单元位于所述介质基板的上表面，与所述金属地板的位置相对应；辐射单元，所述辐射单元位于所述介质基板的上表面，与所述滤波单元连接；解耦合网络，所述解耦合网络与所述天线单元的金属地板连接。解决了现有技术中由于MIMO天线的天线和滤波器都是独立设计，导致终端设备尺寸过大以及信号稳定性低的技术问题，达到了实现双频带滤波，以及天线和滤波器的集成设计，有益于减小终端设备的体积；以及提高信号稳定性的技术效果。
2.本申请实施例通过所述滤波单元包括：第一谐振器，所述第一谐振器位于所述介质基板的上表面；第二谐振器，所述第二谐振器位于所述介质基板的上表面，所述第二谐振器与所述第一谐振器平行排列，开口相对，解决了现有技术中由于MIMO天线的天线和滤波器都是独立设计，导致终端设备尺寸过大以及信号稳定性低的技术问题，进一步达到了实现双频带滤波的技术效果。
3.本申请实施例通过所述天线单元的数量为4个，其中，相邻所述天线单元呈两两垂直设置，以及合理的解耦合网络设计解决了现有技术中由于MIMO天线的天线和滤波器都是独立设计，导致终端设备尺寸过大以及信号稳定性低的技术问题，从而进一步达到增大天线单元间隔离，提高信号稳定性的技术效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种双频带滤波MIMO天线的结构示意图；
图2A为第一谐振器和第二谐振器在第一频带内的耦合系数M1随参数s1的变化曲线；
图2B为第一谐振器和第二谐振器在第二频带内的耦合系数M2随参数s1的变化曲线；
图3为有解耦合网络和无解耦合网络的四单元双频带滤波MIMO天线的S31仿真值-频率的对比曲线图；
图4为图1所示四单元双频带滤波MIMO天线的S参数测量值-频率的曲线图；
图5A为图1所示四单元双频带滤波MIMO天线在xoy平面的2.4GHz和3.5GHz频点的辐射模式的测量值归一化的示意图；
图5B为图1所示四单元双频带滤波MIMO天线在yoz平面的2.4GHz和3.5GHz频点的辐射模式的测量值归一化的示意图；
图5C为图1所示四单元双频带滤波MIMO天线在xoz平面的2.4GHz和3.5GHz频点的辐射模式的测量值归一化的示意图。
附图标号说明：介质基板1，天线单元2，第一谐振器3，第二谐振器4，第一馈电点31，第二馈电点41，贴片天线5，金属地板6，解耦合网络7。
具体实施方式
本申请实施例提供的一种双频带滤波MIMO天线，用以解决现有技术中现有技术中由于MIMO天线的天线和滤波器都是独立设计，导致终端设备尺寸过大以及信号稳定性低的技术问题。
本申请实施例提供的一种双频带滤波MIMO天线的总体方案如下：介质基板；天线单元，所述天线单元与所述介质基板上表面固定连接，所述天线单元包括：金属地板，所述金属地板位于所述介质基板的下表面；滤波单元，所述滤波单元位于所述介质基板的上表面，与所述金属地板的位置相对应；辐射单元，所述辐射单元位于所述介质基板的上表面，与所述滤波单元连接；解耦合网络，所述解耦合网络与所述天线单元的金属地板连接。达到了实现双频带滤波，以及天线和滤波器的集成设计，有益于减小终端设备的体积；以及提高信号稳定性的技术效果。
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
图1为本申请实施例提供的一种双频带滤波MIMO天线的结构示意图。如图1所示，本申请所述的双频带是指低频带以及高频带，所述装置包括：
介质基板1。
天线单元2，所述天线单元2与所述介质基板1的上表面固定连接，所述天线单元2的数量为4个，其中，相邻所述天线单元2呈两两垂直设置。
具体而言，所述天线单元2固定于所述介质基板1的上表面，并且所述天线单元2的数量为4个，即本申请实施例提供的一种双频带滤波MIMO天线具有4个天线单元2，且所述4个所述天线单元的结构相同，相邻的天线单元互相垂直，中心对称排列，由于相邻天线单元互相垂直，所以相邻天线单元的极化互相垂直、能够达到具有较好隔离度的效果。所述天线单元2包括：
金属地板6，所述金属地板位于所述介质基板1的下表面；所述金属地板为矩形金属贴片。
具体而言，所述金属地板6位于所述介质基板1的下表面，具体为矩形金属贴片，所述金属贴片用于能够使电流能够导通，使各个元件之间能够有电流通过，从而达到各个元件的作用效果。
滤波单元，所述滤波单元位于所述介质基板1的上表面，与所述金属地板6的位置相对应；所述滤波单元包括：第一谐振器3，所述第一谐振器3位于所述介质基板1的上表面；第二谐振器4，所述第二谐振器4位于所述介质基板1的上表面，所述第二谐振器4与所述第一谐振器3平行排列，开口相对。所述第一谐振器3与所述第二谐振器4结构相同，所述第一谐振器3具有第一馈电点31，所述第一馈电点31连接输入和/或输出端口(未示出)，所述第二谐振器4具有第二馈电点41。所述第一谐振器3、所述第二谐振器4均为阶梯阻抗谐振器。
具体而言，所述滤波单元主要由两个结构相同的“E”型谐振器组成，即所述第一谐振器3以及第二谐振器4，所述第一谐振器3与所述第二谐振器4均为阶梯阻抗谐振器，所述阶梯阻抗谐振器，能够在特定的某个频率谐振，从而达到滤波的作用，所述第一谐振器3与所述第二谐振器4平行排列，并且开口相对，达到耦合谐振的效果。其中，所述第一谐振器3具有所述第一馈电点31，所述第一馈电点31连接输入和/或输出端口，当天线作为接收天线时，所述第一馈电点31连接的端口为输出端口，当天线作为发射天线时，所述第一馈电点31连接的端口为输入端口；相同的，所述第二谐振器4具有所述第二馈电点41。
辐射单元，所述辐射单元位于所述介质基板1的上表面，与所述滤波单元连接；所述辐射单元包括：贴片天线5，所述贴片天线5位于所述介质基板1的上表面，所述贴片天线5与所述第二馈电点41连接，所述贴片天线5的设置方向与所述第一谐振器3相同。
具体而言，所述辐射单元用于信号的发射与接收，所述辐射单元位于所述介质基板1的上表面，所述辐射单元包括贴片天线5，所述贴片天线5通过所述第二馈电点41与所述第二谐振器4连接，并且所述贴片天线5的设置方向与所述第一谐振器3相同，即所述贴片天线5的开口方向与所述第一谐振器3的开口方向相同.用于接收和发射信号。
解耦合网络7，所述解耦合网络7与所述天线单元2的金属地板6连接。
具体而言，耦合是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。电磁耦合是指能量以电磁场的形式耦合、传递能量。
在本申请实施例中，由于相邻天线单元互相垂直，所以相邻天线单元的极化互相垂直、隔离度较好，而不相邻的天线单元的隔离度需要优化，也就是说，不相邻的天线单元之间由于耦合导致隔离度较差，而所述解耦合网络7可以解决上述技术问题，消除两组互不相邻的天线单元的耦合作用，从而达到提高天线单元的隔离度的技术效果。
本申请实施例具体阐述了一种双频带滤波MIMO天线的结构以及工作原理，通过将滤波单元与天线单元集成在同一电路中，从而达到减小终端设备的体积的效果；通过将四个天线单元的中心对称的摆放位置搭配合理的解耦和网络，提高天线隔离度，从而达到了提高天线信号稳定性的技术效果。
实施例2
本申请实施例针对一种双频带滤波MIMO天线，还提供了对一种双频带滤波MIMO天线的优化检测，具体如下：
本申请实施例中所述双频带指第一个频带是指低频带，第二个频带是指高频带。
所述第一谐振器3和所述第二谐振器4之间的耦合系数可以通过仿真进行分析和优化，所述第一谐振器3和所述第二谐振器4之间的距离记为参数s1，图2A和图2B分别示出了所述第一谐振器3和所述第二谐振器4在第一个频带内的耦合系数M1和在第二个频带内的耦合系数M2随参数s1的变化曲线。
由于相邻天线单元互相垂直，所以相邻天线单元的极化互相垂直、隔离度较好，而不相邻的天线单元的隔离度需要优化。解耦合网络6可以改善隔离度参数S31和隔离度参数S42。由于所述4个天线单元呈中心对称排列，所以相邻的两个天线单元之间的隔离度参数S31，S42是相同的。图3示出了有解耦合网络和无解耦合网络的四单元双频带滤波MIMO天线的S31仿真值-频率的对比曲线图
最后，改善图1所示发明实施例中各个参数以优化设计，得到优良的天线性能。具体的参数为：l1＝4.9mm,l2＝10.2mm,l3＝14.2mm,l4＝10mm,l5＝5.2mm,l6＝6.6mm,l7＝4.85mm,l8＝4.9mm,l9＝13.3mm,l10＝10.5mm,l11＝4mm,l12＝10mm,l13＝30mm,l14＝33.55mm,l15＝43.74mm,w1＝2.7mm,w2＝1mm,w3＝1mm,w4＝1mm,w5＝1mm,s1＝0.5mm，介质基板厚度为1mm。
可以对按照以上方法制造出的四单元双频带滤波MIMO天线进行测试，验证本发明的效果。图4示出了图1所示四单元双频带滤波MIMO天线的S参数测量值-频率的曲线图。可以看出，两个工作频带位于WLAN应用的2.4GHz和WiMAX应用的3.5GHz位置。图5A示出了图1所示四单元双频带滤波MIMO天线在xoy平面的2.4GHz和3.5GHz频点的辐射模式的测量值归一化的示意图；图5B示出了图1所示四单元双频带滤波MIMO天线在yoz平面的2.4GHz和3.5GHz频点的辐射模式的测量值归一化的示意图；图5C示出了图1所示四单元双频带滤波MIMO天线在xoz平面的2.4GHz和3.5GHz频点的辐射模式的测量值归一化的示意图。
通过实验验证，本申请实施例提供的一种双频带滤波MIMO天线具有优良的隔离度以及稳定性。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本申请实施例提供的一种双频带滤波MIMO天线，所述装置包括：介质基板；天线单元，所述天线单元与所述介质基板上表面固定连接，所述天线单元包括：金属地板，所述金属地板位于所述介质基板的下表面；滤波单元，所述滤波单元位于所述介质基板的上表面，与所述金属地板的位置相对应；辐射单元，所述辐射单元位于所述介质基板的上表面，与所述滤波单元连接；解耦合网络，所述解耦合网络与所述天线单元的金属地板连接。解决了现有技术中由于MIMO天线的天线和滤波器都是独立设计，导致终端设备尺寸过大以及信号稳定性低的技术问题，达到了实现双频带滤波，以及天线和滤波器的集成设计，有益于减小终端设备的体积；以及提高信号稳定性的技术效果。
2.本申请实施例通过所述滤波单元包括：第一谐振器，所述第一谐振器位于所述介质基板的上表面；第二谐振器，所述第二谐振器位于所述介质基板的上表面，所述第二谐振器与所述第一谐振器平行排列，开口相对，解决了现有技术中由于MIMO天线的天线和滤波器都是独立设计，导致终端设备尺寸过大以及信号稳定性低的技术问题，进一步达到了实现双频带滤波的技术效果。
3.本申请实施例通过所述天线单元的数量为4个，其中，相邻所述天线单元呈两两垂直设置，以及合理的解耦合网络设计解决了现有技术中由于MIMO天线的天线和滤波器都是独立设计，导致终端设备尺寸过大以及信号稳定性低的技术问题，从而进一步达到增大天线单元间隔离，提高信号稳定性的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
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。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种双频带滤波MIMO天线，其特征在于，所述天线包括：
介质基板；
天线单元，所述天线单元与所述介质基板上表面固定连接，所述天线单元包括：
金属地板，所述金属地板位于所述介质基板的下表面；
滤波单元，所述滤波单元位于所述介质基板的上表面，与所述金属地板的位置相对应；
辐射单元，所述辐射单元位于所述介质基板的上表面，与所述滤波单元连接；
解耦合网络，所述解耦合网络与所述天线单元的金属地板连接；
其中，所述滤波单元包括：
第一谐振器，所述第一谐振器位于所述介质基板的上表面；
第二谐振器，所述第二谐振器位于所述介质基板的上表面，所述第二谐振器与所述第一谐振器平行排列，开口相对；
所述第一谐振器、所述第二谐振器分别为两个结构相同的E型谐振器；
其中，所述第一谐振器具有第一馈电点，所述第一馈电点连接输入和/或输出端口；所述第二谐振器具有第二馈电点；
所述辐射单元包括：
贴片天线，所述贴片天线位于所述介质基板的上表面，所述贴片天线与所述第二馈电点连接；且，所述贴片天线具有开口，所述贴片天线开口的设置方向与所述第一谐振器相同。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线单元的数量为4个，其中，相邻所述天线单元呈两两垂直设置。
3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一谐振器与所述第二谐振器结构相同。
4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一谐振器、所述第二谐振器均为阶梯阻抗谐振器。
5.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述金属地板为矩形金属贴片。
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