CN109361055A - 多输入多输出天线 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多输入多输出天线，包括：介质基板；设置在所述介质基板一面的多个单极子天线和设置在所述介质基板另一面的金属地板。在介质基板上设置锁哥单极子天线可以提高信道容量，进而满足用户对通信信道容量的需求。

Description

多输入多输出天线

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种多输入多输出天线。

背景技术

随着无线通信产业的迅猛发展，天线作为无线通讯必不可少的一环，也得到了较大的发展。在无线通讯产业发展的过程中，移动用户的数量也呈爆炸式增长，通信信道容量也在不断的增长，而相关技术中，信道两端大多装配单根天线，信道容量较低，无法满足用户对通信信道容量的需求。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种多输入多输出天线。

本申请提供的一种多输入多输出天线，包括：

介质基板；

设置在所述介质基板一面的多个单极子天线和设置在所述介质基板另一面的金属地板。

可选的，所述单极子天线包括辐射贴片、耦合馈线和激励端口。

可选的，所述单极子天线之间的距离为0.5倍的波长，波长的计算公式如下：

其中，f_o为所述单极子天线的中心工作频率。

可选的，所述单极子天线的中心工作频率为5.2GHz。

可选的，所述介质基板的材质为FR4。

可选的，所述单及子天线之间金属地板上设置有至少一个缝隙。

可选的，所述缝隙沿相邻两个单极子天线的对称线对称设置。

可选的，所述缝隙的长度为6毫米到10毫米之间的任意长度。

可选的，所述缝隙的长度为8毫米。

可选的，所述相邻两个单极子天线之间的距离为26毫米，所述缝隙的宽度为0.5毫米。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：将多个单极子天线设置在所述介质基板一面并在所述介质基板另一面设置金属地板。在介质基板上设置锁哥单极子天线可以提高信道容量，进而满足用户对通信信道容量的需求。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请的一个实施例提供的一种多输入多输出天线的结构示意图。

附图标记：介质基板-1；单极子天线-2；金属地板-3；地缝-4。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

请参阅图1，图1是本申请的一个实施例提供的一种多输入多输出天线的结构示意图。

如图1所示，本实施例提供的多输入多输出天线包括：

介质基板1；

设置在所述介质基板一面的多个单极子天线2和设置在所述介质基板另一面的金属地板3。

由于在所述介质基板一面的多个单极子天线和设置在所述介质基板另一面的金属地板。在介质基板上设置锁哥单极子天线可以提高信道容量，进而满足用户对通信信道容量的需求。

众所周知，随着移动使用者的几何式地增长，以及网络和多媒体等技术的高速推进，人们对信道的容量、频谱的利用率等的要求也越来越高。以前的单输入单输出系统，大多会受多径传播产生的多径信号副本的干扰，信号的幅度具有很大的不确定性，这也大大增加了通信的不稳定性。而且会使得通信中的传输信道容量被香农定理所限制。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系统采用了时空分集和多天线技术，从而充分利用多径效来提高系统的稳定性和超过单输入单输出系统信道容量的瓶颈值。

由于介质基板越厚，它的电容效应越小，对介质内电磁能量的束缚就越小，因此扩散到空间的能量越多，天线Q值越小，带宽越大。但是基板越厚，天线的辐射效率也会随之降低。说到介质基板的介电常数，通常情况下，介电常数越小，Q值越低，带宽越大。因此本实施例中采用的介质基板材料可以为FR4，该介质相对介电常数为4.4，损耗角正切可以为0.02，厚度则可以选取为1.6毫米。

进一步地，所述单极子天线包括辐射贴片、耦合馈线和激励端口。

另外，所述单极子天线之间的距离可以为0.5倍的波长，波长的计算公式可以如下：

其中，f_o为所述单极子天线的中心工作频率。

另外，所述单极子天线的中心工作频率为5.2GHz。5.2CHz为常用工作频率，使用5.2GHz可以增强天线的稳定性与通用性。

伴随着无线通信中所使用的设备的功能愈发强大，尺寸不断缩小，要求也不断提高，这也对天线提出了能够工作在多频段的要求。在尺寸受限制的端口，每个工作频段对应一款天线，这也会使得天线的数目增加，单元之间的距离也要相应减小，这也增加了天线之间的互耦效应，而且不利于天线的小型化。设计多频段天线可以满足不同工作频率的要求，同时可以减少天线的数量，提升天线间的隔离度。从基站的空间比较大的角度出发，MIMO天线在通信基站的应用中，可以使得架设天线单元间的间距大于半波长以上，从而保证比较高的隔离度。但是如果想在尺寸受限制的移动设备中加入多款天线，天线数目的提升和天线间距的减小会急剧增加天线间的互耦。互耦效应的存在，不但会缩减天线单元间的隔离度，且会大幅降低天线的效率。

MIMO天线中，发射端的天线的工作是独立的，接收端的天线也是如此，这样子才能保证增大信道容量。但是在现实情况中，天线受到耦合效应的影响，想要完全独立工作几乎是不可能的。天线互耦的概念如下所述。众所周知，天线总是会沿着特定的方向辐射或者接收电磁波。天线能够将电流转换成电磁波，也可以将电磁波转换成电流。MIMO技术实现必然是是具备一定数量的天线，即使不考虑天线本身的影响，其余天线产生的电磁场对其的影响肯定是不可忽略的。天线间的距离一般比较近，它们之间相互作用或者相互影响也是比较复杂的，我们可以把此类相互作用或者相互影响概括为互耦。显然，如果天线间的距离比较大，耦合效应也会相应地削弱，这时互耦作用就可以忽略不计。

目前，常见的解耦方式有多种，比如引入地缝结构进行解耦、引入地支结构进行解耦。

其中，引入地缝结构进行解耦一种相对简单、实现复杂度不高的方法。这种方法的实现过程是在单元之间的金属地上蚀刻缝隙，从而实现天线单元解耦。该解耦方法的效果受所开缝隙的位置、深度以及数目的影响。比如，天线结构可以为单极子天线(椭球状)，大小为45毫米×40毫米。两个单极子天线可以产生正交的电流从而减小天线在低频段的耦合效应。出于改善天线在5GHz频段的耦合效应的目的，采用在地板对称的地方刻蚀缝隙的方法，所开缝隙的长度可以为8毫米，大概是工作频段的四分之一波长。这种方法的原理是四分之一波长枝节滤波器的开缝结构可以滤过两单元端口之间的电流。而测试的结果也证明，天线在5GHz频段的隔离度大于15dB。又比如可以采用天线结构为弯折的单极子天线。天线可以集成在电脑的网络卡上，而整个天线的大小仅为48×105×0.8立方毫米。设计过程中，首先优化多个天线之间的距离，得到较高的隔离度；进一步的优化中，为了更大程度地改善隔离度，选择在地板上刻蚀两条四分之一波长的缝隙。而最终的测试结果也证明，在天线所需考察的频段范围之内，天线各个单元之间的耦合系数均小于-20dB，而且方向图分集效应也很好。

因此，本实施例中可以引入地缝结构进行解耦，比如在所述单及子天线之间金属地板上设置有至少一个缝隙4。

当只有一个缝隙的时候，缝隙可以设置在相邻两个单极子天线的对称线位置，当缝隙的个数为两个或两个以上时，所述缝隙沿相邻两个单极子天线的对称线对称设置。

另外，当有两个或两个以上的缝隙的时候，缝隙之间的距离可以为1.5～6.5毫米，其中，4毫米为最佳距离。

另外，所述缝隙的长度为6毫米到10毫米之间的任意长度，最佳长度可以为8毫米。

另外，所述相邻两个单极子天线之间的距离可以为26毫米，所述缝隙的宽度可以为0.5毫米。

无线通讯是当今社会使用非常广泛，同时也是瞬息万变，发展速度非常之快的科学技术，它促进了整个社会的经济进步，给人们的交际也带来了完全不受局限的便利。随着通信科技的不断发展，通信科技也历经了从有线到无线，从一开始的语音对话到现在的声音、影像、图像和数据结合的多媒体功能。用户对通信过程中服务要求的变化使得无线业务的性能需求也越来越高，这也使得通信运营商对无线电频谱资源的索求越来越大，对提高频谱资源的利用率的呼声也不断提高。与此同时，移动用户数量的爆炸式增长，通信信道容量也在不断的增长，因此，如何最大程度地提高信道的容量和频谱的利用率是通信科技发展过程中需要解决的问题。随之而来的是，复杂环境中无线信道中也存在着干扰传输速率和可靠性的多径衰落、噪声干扰等等问题。因此在保持发射功率不变的前提下，提高信道的可靠性成为当今社会的热门研究方向。在信道的两端装配单根天线即单入单出(SingleInput Single Output,SISO)，在此过程中，不论如何处理，SISO系统的容量不可能达到香农定理的最大理论值。MIMO技术在信道的两端装配多款天线，利用多款天线同时传输数据，此外充分利用了导致信号衰落且不利于信号传输的多径效应，提高了频谱的利用率、信道的容量和传输的可靠性。因此，如何设计多天线是MIMO系统中需要解决的关键问题。伴随着无线通信中所使用的设备的功能愈发强大，尺寸不断缩小，要求也不断提高，这也对天线提出了能够工作在多频段的要求。在尺寸受限制的端口，每个工作频段对应一款天线，这也会使得天线的数目增加，单元之间的距离也要相应减小，这也增加了天线之间的互耦效应，而且不利于天线的小型化。设计多频段天线可以满足不同工作频率的要求，同时可以减少天线的数量，提升天线间的隔离度。从基站的空间比较大的角度出发，MIMO天线在通信基站的应用中，可以使得架设天线单元间的间距大于半波长以上，从而保证比较高的隔离度[1]。但是如果想在尺寸受限制的移动设备中加入多款天线，天线数目的提升和天线间距的减小会急剧增加天线间的互耦。互耦效应的存在，不但会缩减天线单元间的隔离度，且会大幅降低天线的效率。因此，运用于提高隔离度应用中的解耦技术是设计多天线的重要问题。关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种多输入多输出天线，其特征在于，包括：

介质基板；

设置在所述介质基板一面的多个单极子天线和设置在所述介质基板另一面的金属地板。

2.根据权利要求1所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述单极子天线包括辐射贴片、耦合馈线和激励端口。

3.根据权利要求1所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述单极子天线之间的距离为0.5倍的波长，波长的计算公式如下：

其中，f_o为所述单极子天线的中心工作频率。

4.根据权利要求3所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述单极子天线的中心工作频率为5.2GHz。

5.根据权利要求1所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述介质基板的材质为FR4。

6.根据权利要求1所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述单及子天线之间金属地板上设置有至少一个缝隙。

7.根据权利要求6所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述缝隙沿相邻两个单极子天线的对称线对称设置。

8.根据权利要求6所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述缝隙的长度为6毫米到10毫米之间的任意长度。

9.根据权利要求8所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述缝隙的长度为8毫米。

10.根据权利要求8所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述相邻两个单极子天线之间的距离为26毫米，所述缝隙的宽度为0.5毫米。