CN109962338A - 利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统 - Google Patents

利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109962338A
CN109962338A CN201711416180.1A CN201711416180A CN109962338A CN 109962338 A CN109962338 A CN 109962338A CN 201711416180 A CN201711416180 A CN 201711416180A CN 109962338 A CN109962338 A CN 109962338A
Authority
CN
China
Prior art keywords
isolation
coupling edge
radiative coupling
radiating antenna
metal tape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711416180.1A
Other languages
English (en)
Inventor
林原志
施政宏
杨宗益
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Metal Industries Research and Development Centre
Original Assignee
Metal Industries Research and Development Centre
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Metal Industries Research and Development Centre filed Critical Metal Industries Research and Development Centre
Priority to CN201711416180.1A priority Critical patent/CN109962338A/zh
Publication of CN109962338A publication Critical patent/CN109962338A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems

Abstract

本发明提供了一种利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统，在一基板的表面上设置有一第一辐射天线、一第二辐射天线及至少一隔离元件，其中该第一辐射天线及第二辐射天线各具有一共振辐射部、一馈入部与至少一非辐射耦合边，该隔离元件设置在该第一与第二辐射天线之间，由第一辐射天线的非辐射耦合边向第二辐射天线的非辐射耦合边延伸；藉由在非辐射耦合边的旁侧设置隔离元件，使第一/第二辐射天线之间的近场耦合能量被抵消，藉此提高天线的隔离度，且藉由改变该隔离元件的长度，可调整系统的共振频率。

Description

利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统
技术领域
本发明为一种具高隔离度的天线系统，特别是指一种利用非辐射耦合边进行天线隔离的多天线系统。
背景技术
随着无线通信技术的发展，高数据传输量的需求也随的提高，为满足如此庞大的数据传输量，无线通信装置利用多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)的天线系统架构来实现无线数据传输。在MIMO天线系统中，是设计有多个天线元件，每一个天线元件有独自负责的传输频段，令该多个天线元件在同一时间均可传输数据，实现多频传输，天线元件彼此之间需维持良好的隔离度以避免互相干扰。
若无线通信装置内有足够的空间供设置多个天线元件时，相邻天线元件之间仍可保持适当的距离以减少干扰。但是目前无线通信装置的开发主要朝向体积微型化的方向设计，例如移动通信手持装置，所以目前无线通信装置的空间有限，如果天线元件之间的隔离度不佳，将会导致干扰而影响传输品质。
除了在相邻天线元件之间增加空间距离以提高隔离度之外，还有另一种作法是在天线元件之间设置一隔离器。但目前隔离器是设置在邻近各天线元件的信号辐射边缘，虽然提高了隔离效果，但该隔离器因为与天线元件产生耦合而影响天线元件本身的特性，例如影响辐射场型，甚至会使得整体天线系统的原设计参数均产生改变，无法符合通信要求，因此，在越来越小的有限空间内部实现高隔离度的天线系统将更加重要。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统，在有限的空间内提高天线元件之间的隔离度且维持天线元件本身的特性。
为达成前述目的，本发明提出的“利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统”包含有一基板，在该基板上设有：
一第一辐射天线，具有一第一共振辐射部、一第一馈入部与一第一非辐射耦合边，该第一馈入部用于馈入信号至第一辐射天线；
一第二辐射天线，具有一第二共振辐部、一第二馈入部与一第二非辐射耦合边，该第二馈入部用于馈入信号至第二辐射天线，其中，该第二辐射天线与第一辐射天线分别工作于相近的频率；
至少一第一隔离元件，是设于该第一辐射天线及第二辐射天线之间，该隔离元件由第一非辐射耦合边向该第二非辐射耦合边延伸，形成独立耦合与共振匹配的机制。
本发明在相邻的两辐射天线的之间至少一隔离元件以提升隔离度，且该隔离元件接近各辐射元件的非辐射耦合边，故不会干扰辐射天线既有的辐射场型特性，而且不必限制隔离元件与辐射天线之间需维持特定长度的间距；当改变该隔离元件的长度，还可达到改变天线共振频率的效果。
附图说明
图1：本发明多天线系统第一实施例的平面示意图。
图2：本发明多天线系统第二实施例的平面示意图。
图3：本发明多天线系统第三实施例的平面示意图。
图4：图3所示的第三实施例的立体示意图。
图5：本发明多天线系统第四实施例的平面示意图。
图6：图5所示的第四实施例的立体示意图。
图7：本发明第四实施例与无隔离器的天线系统相比较的S参数特性曲线。
图8：本发明第三实施例与第四实施例相比较的S11、S12、S22参数特性曲线。
图9A、图9B：本发明第三实施例的XZ平面辐射场型图与YZ平面辐射场型图。
图10A、图10B：本发明第四实施例的XZ平面辐射场型图与YZ平面辐射场型图。
图11：本发明多天线系统第五实施例的平面示意图。
符号说明：
10 基板
11 第一边缘
12 第二边缘
20 第一辐射天线
21 第一共振辐射部
211,212 扇形辐射元件
22 第一馈入部
23 第一非辐射耦合边
30 第二辐射天线
31 第二共振辐射部
311,312 扇形辐射元件
32 第二馈入部
33 第二非辐射耦合边
40 隔离元件
41 第一金属带
42 第二金属带
43 第三金属带
具体实施方式
请参考图1所示，为本发明利用非辐射耦合边隔离的多天线系统的第一实施例，是在一基板10上设置有一第一辐射天线20、一第二辐射天线30及至少一第一隔离元件40，其中，该第一辐射天线20及第二辐射天线30具有相近的频率。
该基板10为绝缘材料制成，例如以聚酰亚胺(polyimide,PI)制成而具有柔性。为便于以下说明，是定义该基板10为一矩形基板，具有一第一边缘11及一第二边缘12，该第一边缘11及第二边缘12为垂直相接并沿第一方向及第二方向分别延伸。
该第一辐射天线20以导体材料形成于该基板10的表面，例如以金属材料制成。该第一辐射天线20具有一第一共振辐射部21、一第一馈入部22及一第一非辐射耦合边23。在本实施例中的第一辐射天线20是基于具高指向性的锥形槽(Vivaldi)天线实现，该第一共振辐射部21具有对称设置的两扇形辐射元件211、212，各扇形辐射元件211、212具有一弧形边、一底边与一侧边，其中，两扇形辐射元件211、212的弧形边相对且维持一间隔而形成一锥形槽线，各扇形辐射元件211、212的底边及侧边均不具有或仅具有微弱的辐射效果，且底边平行第一边缘11，侧边平行第二边缘12。其中，第一馈入部22即设置在底边，该第一馈入部22用于馈入信号至第一辐射天线20，该第一非辐射耦合边23是为其中一扇形辐射元件212的侧边。
该第二辐射天线30同样具有一第二共振辐射部31、一第二馈入部32及一第二非辐射耦合边33。该第二辐射天线30在本实施例中具有与第一辐射天线20相同的架构，该第二共振辐射部31亦包含两扇形辐射元件311、312，其中，该第二馈入部32用于馈入信号至第二辐射天线30，该第二非辐射耦合33是为其中一扇形辐射元件311的侧边。
该第一隔离元件40是设置在第一辐射天线20与第二辐射天线30之间。该第一隔离元件40为一倒U形结构，具有一第一金属带41、一第二金属带42及一第三金属带43。其中，该第一隔离元件40的第一金属带41邻近该第一辐射天线20的第一非辐射耦合边22但不相连，该第一金属带41以平行第二边缘12的方向延伸；第二金属带42从第一金属带41的上端水平延伸，延伸方向平行该第一边缘11；第三金属带43从第二金属带42的一端向下延伸，延伸方向平行该第二边缘12，且第三金属带43邻近该第二辐射天线30的第二非辐射耦合边33但不相连。
因为该第一隔离元件40与第一辐射天线20与第二辐射天线30产生电磁耦合效应，可抵消第一辐射天线20与第二辐射天线30原有的近场耦合路径而达成去耦合效果，藉此提高隔离度。具体而言，第一金属带41由第一辐射天线20的第一非辐射耦合边以电磁电容耦合的方式，经过该第二金属带42，到达第三金属带43形成一个滤波共振模态，在第一辐天线20与第二辐射天线30之间形成良好的隔离效果。该第一隔离元件40对第一辐射天线20与第二辐射天线30任何一个而言，均相当于提供有上述滤波共振作用，首先对第一辐射天线20而言，邻近第一辐射天线20的第一金属带41由第一非辐射耦合边23以电磁电容耦合的方式，经过该第二金属带42，到达第三金属带43形成一个滤波共振模态。对第二辐射天线30而言，第三金属带43由第二非辐射耦合边33以电磁电容耦合的方式，经过该第二金属带42，到达第一金属带41形成一个滤波共振模态。其中，该第一金属带41的长度值为a，该第二金属带42的长度值为b，第三金属带43的长度值为c，藉由调整第一隔离元件40的总长度值a+b+c，可以改变天线系统的共振频率。举例说明，在一实施例中，长度值a、b、c为相等；在另一实施例中，长度值为相异a≠b≠c。
请参考图2所示，为本发明的第二实施例，相较于图1的第一实施例，图2在第一辐射天线20与第二辐射天线30之间设置多个第一隔离元件40以形成多阶隔离，利用多阶隔离再进一步提升隔离度，在此实施例以两个隔离元件40为例说明，两隔离元件40之间维持间隔而未相连。
在前述第一、第二实施例中，该基板10是以平面方式设置，但该基板10若是以柔性材料制成，则可以卷绕或弯折以成形为其它形状。请参考图3、图4所示，为本发明的第三实施例，该基板10是卷绕成一圆柱状并环绕设置在一圆柱基体50的外表面，该圆柱基体50的材质可以使用聚乙烯(polyethylene)或其它绝缘材料。
相较于第一实施例，图3、图4所示的实施例进一步包含至少另一个第二隔离元件40a，这是因为基板10经卷绕成圆柱形之后，第一辐射天线20的另一侧与第二辐射天线30的另一侧将互相靠近，故需要在两者之间再加入该第二隔离元件40a。该第一辐射天线20的扇形辐射元件211的直边是作为一第三非辐射耦合边24，该第二辐射天线30的扇形辐射元件312的直边是作为一第四非辐射耦合边34，该第二隔离元件40a即是设置在该第三非辐射耦合边24及第四非辐射耦合边34之间。
请参考图5、图6所示的第四实施例，同理，在该第三非辐射耦合边24及第四非辐射耦合边34之间可以设置多个第二隔离元件40a以形成多阶隔离，使圆柱形的天线系统具有更高的隔离度。
参考图7所示，以本发明第四实施例与无设置隔离器的天线系统相比较，可得到图中所示的S参数特性曲线。特性曲线1-S11、1-S22、1-S12表示无隔离器的天线系统所测得的特性曲线，其中两特性曲线1-S11、1-S22几乎一致；另一组特性曲线2-S11、2-S22、2-S12表示本发明第四实施例天线系统所测得的特性曲线，两特性曲线2-S11、2-S22几乎重迭。其中，本发明与该无隔离器的天线系统测量数据如下表所示，根据2-S12的曲线可以看出其下凹程度明显大于1-S12的曲线，由此可以看出本发明的隔离度有明显改善。：
参考图8所示，以本发明第三实施例为例与第四实施例相比较，可得到图中所示的S参数特性曲线。特性曲线3-S11、3-S22、3-S12表示第三实施例中在两辐射天线20、30之间仅设置一个U形第一隔离元件40、第二隔离元件40a所测得的特性曲线，其中两特性曲线3-S11、3-S22几乎一致；另一组特性曲线4-S11、4-S22、4-S12表示第四实施例中在两辐射天线20、30之间设置二个U形第一隔离元件40与二个第二隔离元件40a所测得的特性曲线，两特性曲线4-S11、4-S22几乎重迭。其中，本发明两实施例的天线系统测量数据如下表所示，可以证明当隔离元件40,40a的数目提高时，可以有效提升隔离度。比较3-S12及4-S12这两条曲线，也可以看出曲线4-S12下凹程度明显大于3-S12的曲线，由此可以看出多阶隔离会具有较高的隔离效果。
以图4第三实施例进行量测，分别得到如图9A、9B的XZ平面辐射场型图与YZ平面辐射场型图，在沿着Z轴方向，本发明的天线系统具有良好的指向性，即使加入第一隔离元件40、第二隔离元件40a亦不会影响天线的辐射场型；同样的，以图6第四实施例进行量测，分别得到如图10A、10B的XZ平面辐射场型图与YZ平面辐射场型图，在沿着Z轴方向具有良好的指向性。
请参考图11所示的第五实施例，在本实施例中该第一隔离元件40的第二金属带42由直条状改为连续弯折状，如此可在有限的空间之内提高第二金属带42的长度值b，藉此调整该第一隔离元件40的整体长度，即使第一辐射天线20与第二辐射天线30之间的空间有限，仍可满足共振匹配的需求，有利于天线微型化。
本发明的多天线系统的应用范围广泛，例如可应用在手持移动通信装置、穿戴式装置之外，也可以应用在医疗领域作为无线定位标签，举例而言，作为脊椎微创手术的脊突夹定位标签天线，采用ISM-band 24GHz的操作频率可达到mm等级的定位精准度。
综上所述，本发明在相邻的两辐射天线之间设置至少一隔离元入，该隔离元件邻近各辐射元件的非辐射耦合边以实现滤波隔离的效果，提升天线系统的隔离特性，因为该隔离元件对应于非辐射耦合边，因此不需限制隔离元件与辐射天线之间需维持特定长度的距离，藉由调整该隔离元件的长度值a、b、c即可设计出所需的共振频率。

Claims (9)

1.一种利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统，其特征在于，是包含有一基板，在该基板上设有：
一第一辐射天线，具有一第一共振辐射部、一第一馈入部与一第一非辐射耦合边，该第一馈入部用于馈入信号至第一辐射天线；
一第二辐射天线，具有一第二共振辐射部、一第二馈入部与一第二非辐射耦合边，该第二馈入部用于馈入信号至第二辐射天线，其中，该第二辐射天线与第一辐射天线工作于相近的频率；
至少一第一隔离元件，是设于该第一辐射天线及第二辐射天线之间，该隔离元件由第一非辐射耦合边向该第二非辐射耦合边延伸。
2.如权利要求1所述的利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统，其特征在于，该至少一第一隔离元件包含多个第一隔离元件，两相邻第一隔离元件之间维持一间隔。
3.如权利要求1所述的利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统，其特征在于，该第一辐射天线具有一第三非辐射耦合边，该第二辐射天线具有一第四非辐射耦合边；
其中，该基板为一柔性基板并卷绕成圆柱状，在该第三非辐射耦合边及第四非辐射耦合边之间设置至少一第二隔离元件。
4.如权利要求3所述的利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统，其特征在于，该第一共振辐射部及该第二共振辐射部各包含有：
对称设置的两扇形辐射元件，各扇形辐射元件具有一弧形边、一底边与一侧边，其中，两扇形辐射元件的弧形边相对且维持一间隔而形成一锥形槽线；
其中，该第一辐射天线中的一扇形辐射元件的侧边作为该第一非辐射耦合边，另一扇形辐射元件的侧边作为该第三非辐射耦合边；
该第二辐射天线中的其中一扇形辐射元件的侧边作为该第二非辐射耦合边，另一扇形辐射元件的侧边作为该第四非辐射耦合边。
5.如权利要求3所述的利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统，其特征在于，该至少一第二隔离元件包含多个第二隔离元件，两相邻第二隔离元件之间维持一间隔。
6.如权利要求5所述的利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统，其特征在于，各第一隔离元件及各第二隔离元件包含有一第一金属带、一第二金属带及一第三金属带，其中，该第一金属带、第二金属带及第三金属带连接成倒U形；
该第一金属带与第三金属带的延伸方向是平行该第一非辐射耦合边与该第二非辐射耦合边。
7.如权利要求6所述的利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统，其特征在于，该第二金属带为直条状的金属带。
8.如权利要求6所述的利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统，其特征在于，该第二金属带为连续弯折状的金属带。
9.如权利要求7或8所述的利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统，其特征在于，该第一辐射天线及第二辐射天线皆为锥形槽天线。
CN201711416180.1A 2017-12-25 2017-12-25 利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统 Pending CN109962338A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711416180.1A CN109962338A (zh) 2017-12-25 2017-12-25 利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711416180.1A CN109962338A (zh) 2017-12-25 2017-12-25 利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109962338A true CN109962338A (zh) 2019-07-02

Family

ID=67020422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711416180.1A Pending CN109962338A (zh) 2017-12-25 2017-12-25 利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109962338A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070069960A1 (en) * 2005-09-27 2007-03-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Flat-plate MIMO array antenna with isolation element
US20120287012A1 (en) * 2011-05-13 2012-11-15 Funai Electric Co., Ltd. Multi-band compatible multi-antenna device and communication equipment
CN104106083A (zh) * 2011-12-09 2014-10-15 株式会社理光 Rfid标签、rfid系统和包括rfid标签的包装
CN106463836A (zh) * 2014-05-09 2017-02-22 诺基亚通信公司 改进的天线布置
US20170104265A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-13 Nokia Solutions And Networks Oy Ground phase manipulation in a beam forming antenna
CN106571525A (zh) * 2016-11-10 2017-04-19 捷开通讯(深圳)有限公司 一种优化隔离度的天线系统及移动终端
US20170170550A1 (en) * 2014-08-22 2017-06-15 Kmw Inc. Omnidirectional antenna for mobile communication service

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070069960A1 (en) * 2005-09-27 2007-03-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Flat-plate MIMO array antenna with isolation element
US20120287012A1 (en) * 2011-05-13 2012-11-15 Funai Electric Co., Ltd. Multi-band compatible multi-antenna device and communication equipment
CN104106083A (zh) * 2011-12-09 2014-10-15 株式会社理光 Rfid标签、rfid系统和包括rfid标签的包装
CN106463836A (zh) * 2014-05-09 2017-02-22 诺基亚通信公司 改进的天线布置
US20170170550A1 (en) * 2014-08-22 2017-06-15 Kmw Inc. Omnidirectional antenna for mobile communication service
US20170104265A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-13 Nokia Solutions And Networks Oy Ground phase manipulation in a beam forming antenna
CN106571525A (zh) * 2016-11-10 2017-04-19 捷开通讯(深圳)有限公司 一种优化隔离度的天线系统及移动终端

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8638270B2 (en) Cross-dipole antenna configurations
JP6468200B2 (ja) アンテナ指向性制御システム及びそれを備える無線装置
US7427955B2 (en) Dual polarization antenna and RFID reader employing the same
EP3172797B1 (en) Slot antenna
US8289218B2 (en) Cross-dipole antenna combination
US9118117B2 (en) Receiving and transmitting device for wireless transceiver
CN204029975U (zh) 双馈入双极化的高方向性阵列天线系统
CN108023174A (zh) 天线及具备天线的天线模块
TW201533980A (zh) 多模式複合式天線
TWI682583B (zh) 利用非輻射耦合邊實現隔離之多天線系統
TW201044692A (en) Multi-antenna for a multi-input multi-output wireless communication system
CN106605335A (zh) 天线以及电气设备
US9570816B2 (en) Miniature antenna and antenna module thereof
KR102301055B1 (ko) 송신 기기에서 신호 방사 장치
CN107026309A (zh) 天线组件及车辆检测器
CN109962338A (zh) 利用非辐射耦合边实现隔离的多天线系统
WO2021192560A1 (ja) 平面アンテナおよびそれを備える高周波モジュール
CN110867655B (zh) 一种高前后比定向天线
EP3343700B1 (en) Antenna radiation unit and antenna
US8228237B2 (en) Antenna with double groundings
US20240120665A1 (en) Low-frequency vibrator unit, antenna component, and base station
KR20140104602A (ko) 다이폴 안테나
CN102568316A (zh) 显示装置
KR101093802B1 (ko) 양방향 빔 다이버시티를 위한 안테나
CN104270318B (zh) 吸顶式无线路由器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190702