CN113972491B - 一种高隔离度的5g移动端mimo天线对 - Google Patents

一种高隔离度的5g移动端mimo天线对 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高隔离度的5G移动端MIMO天线对，包括介质基板，介质基板上表面的中部印刷有金属地板；介质基板上表面设置有天线对单元；天线对单元包括印刷于介质基板上表面的矩形主辐射微带；矩形主辐射微带连接有第一电感和电阻；矩形主辐射微带的一侧连接有两个PIN二极管和两个芯片电容器；PIN二极管靠近金属地板的一侧连接有L形带；L形带的一侧连接有第二电感；芯片电容器的一侧连接有馈电微带线；馈电微带线的一侧连接有馈电端口。本发明通过两个并排放置的馈电端口共同激励一个矩形主辐射微带，使用共模和差模相互抵消原理的去耦方法，两个馈电端口间获得了高隔离度，无需在天线对中插入各种隔离增强结构来增强隔离，也无需占用额外的空间。

Description

一种高隔离度的5G移动端MIMO天线对
技术领域
本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种高隔离度的5G移动端MIMO天线对。
背景技术
随着移动通信技术的飞速发展，第五代通信技术以其信道容量大，频谱利用率高等优点，近些年来收到广泛关注，作为5G通信系统的关键技术之一，MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出)技术是一种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，成倍的提高系统信道容量的无线技术。由于MIMO技术具有能成倍地提高通信系统的吞吐量、传送距离和频谱利用率的优点，MIMO技术在无线通信领域中具有相当重要的地位。
在现有的MIMO天线阵列中，由于使用空间的受限，随着天线对单元个数的增加，天线对单元间距更加接近。过近的单元间距使得天线之间激发强烈的表面波耦合和空间感应耦合，从而恶化MIMO阵列的工作频带、效率等性能。因此，必须在天线对中插入各种隔离增强结构来增强隔离。这些隔离增强结构既包括180度相位差相反的耦合路径，如中和线、解耦网络和寄生元件，也包括抑制表面波，如超材料和缺陷接地。然而上述隔离增强结构仍然需要额外的空间，从而导致空间有限的天线对更加拥挤和复杂。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种高隔离度的5G移动端MIMO天线对。
本发明提供一种高隔离度的5G移动端MIMO天线对，包括介质基板，所述介质基板上表面的中部印刷有金属地板；所述介质基板上表面的四个角位置上均设置有天线对单元；
所述天线对单元包括印刷于所述介质基板上表面的矩形主辐射微带；所述矩形主辐射微带沿所述矩形主辐射微带长度方向的一侧与所述介质基板沿所述介质基板长度的一侧重合；所述矩形主辐射微带沿所述矩形主辐射微带长度方向的两端均依次连接有第一电感和电阻；所述矩形主辐射微带靠近所述金属地板的一侧连接有两个对称的PIN二极管和两个对称的芯片电容器；两个所述PIN二极管和两个所述芯片电容器均位于两个所述第一电感之间，且两个所述芯片电容器位于两个所述PIN二极管之间；
两个所述PIN二极管靠近所述金属地板的一侧均连接有L形带；两个所述L形带的短边相互靠近；两个所述L形带沿所述矩形主辐射微带长度方向，远离两个所述芯片电容器的一侧均连接有第二电感；两个所述芯片电容器靠近所述金属地板的一侧均连接有馈电微带线；两条所述馈电微带线靠近所述金属地板的一侧均连接有与所述金属地板连接的馈电端口。
进一步地，所述介质基板的材质为FR4，介电常数为4.4，厚度为1mm。
进一步地，所述矩形主辐射微带的长度为11.5mm，与所述金属地板的距离为5.2mm。
进一步地，两个所述馈电端口的距离为1mm。
进一步地，四个所述天线对单元互为镜像对称。
进一步地，两条所述馈电微带线的宽度均为0.8mm，两条所述馈电微带线之间的距离为1mm。
进一步地，所述第一电感和第二电感的电感值均为47nH；所述电阻的电阻值为51Ω；所述芯片电容器的电容值为0.5pF。
进一步地，所述L形带靠近所述金属地板的一侧的长度为2.1mm，与所述金属地板的距离为0.15mm。
本发明提供一种高隔离度的5G移动端MIMO天线对，包括介质基板，所述介质基板上表面的中部印刷有金属地板；所述介质基板上表面的四个角位置上均设置有天线对单元；所述天线对单元包括印刷于所述介质基板上表面的矩形主辐射微带；所述矩形主辐射微带沿所述矩形主辐射微带长度方向的一侧与所述介质基板沿所述介质基板长度的一侧重合；所述矩形主辐射微带沿所述矩形主辐射微带长度方向的两端均依次连接有第一电感和电阻；所述矩形主辐射微带靠近所述金属地板的一侧连接有两个对称的PIN二极管和两个对称的芯片电容器；两个所述PIN二极管和两个所述芯片电容器均位于两个所述第一电感之间，且两个所述芯片电容器位于两个所述PIN二极管之间；两个所述PIN二极管靠近所述金属地板的一侧均连接有L形带；两个所述L形带的短边相互靠近；两个所述L形带沿所述矩形主辐射微带长度方向，远离两个所述芯片电容器的一侧均连接有第二电感；两个所述芯片电容器靠近所述金属地板的一侧均连接有馈电微带线；两条所述馈电微带线靠近所述金属地板的一侧均连接有与所述金属地板连接的馈电端口。
本发明中有两个并排放置的馈电端口，这两个端口共同激励一个矩形主辐射微带，通过使用共模和差模相互抵消原理的去耦方法，两个馈电端口间获得了高隔离度，无需在天线对中插入各种隔离增强结构来增强隔离，也无需占用额外的空间。另外，本发明中电阻、第一电感以及第二电感构成的偏置网络可以控制PIN二极管的开关；当PIN二极管设置为正向偏置状态时，天线对可以工作在3.5GHz频段，当PIN二极管设置为反向偏置状态时，天线对可以工作在5GHz频段。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明实施例提供的一种高隔离度的5G移动端MIMO天线对的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种高隔离度的5G移动端MIMO天线对中天线对单元的结构示意图；
图3为本发明实施例中两个馈电端口分别在3.5GHz和5GHz频段的隔离度示意图；
图4为本发明实施例中PIN二极管工作时天线对的效率示意图。
其中，1、介质基板；2、金属地板；3、天线对单元，31、矩形主辐射微带，32、第一电感，33、电阻，34、PIN二极管，35、芯片电容器，36、L形带，37、第二电感，38、馈电微带线，39、馈电端口。
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如背景技术中所述，在现有的MIMO天线阵列中，由于使用空间的受限，随着天线对单元个数的增加，天线对单元间距更加接近。过近的单元间距使得天线之间激发强烈的表面波耦合和空间感应耦合，从而恶化MIMO阵列的工作频带、效率等性能。因此，必须在天线对中插入各种隔离增强结构来增强隔离。这些隔离增强结构既包括180度相位差相反的耦合路径，如中和线、解耦网络和寄生元件，也包括抑制表面波，如超材料和缺陷接地。然而上述隔离增强结构仍然需要额外的空间，从而导致空间有限的天线对更加拥挤和复杂。
因此，为了解决上述问题，本发明实施例部分提供了一种高隔离度的5G移动端MIMO天线对，如图1所示，图1为高隔离度的5G移动端MIMO天线对的结构示意图。
本发明提供一种高隔离度的5G移动端MIMO天线对，包括介质基板1；可选的，介质基板1的材质为FR4，介电常数为4.4，厚度为1mm；介质基板1上表面的中部印刷有金属地板2；介质基板1上表面的四个角位置上均设置有天线对单元3；可选的，四个天线对单元3互为镜像对称。
如图2所示，天线对单元3包括印刷于介质基板1上表面的矩形主辐射微带31；可选的，矩形主辐射微带31的长度为11.5mm，与金属地板2的距离为5.2mm；矩形主辐射微带31沿矩形主辐射微带31长度方向的一侧与介质基板1沿介质基板1长度的一侧重合；矩形主辐射微带31沿矩形主辐射微带31长度方向的两端均依次连接有第一电感32和电阻33；矩形主辐射微带31靠近金属地板2的一侧连接有两个对称的PIN二极管34和两个对称的芯片电容器35；两个PIN二极管34和两个芯片电容器35均位于两个第一电感32之间，且两个芯片电容器35位于两个PIN二极管34之间。
两个PIN二极管34靠近金属地板2的一侧均连接有L形带36；两个L形带36靠近金属地板2的一侧的长度均为2.1mm，与金属地板2的距离均为0.15mm，形成分布式电容，起到了降低天线对工作频率的作用；两个L形带36的短边相互靠近；两个L形带36沿矩形主辐射微带31长度方向，远离两个芯片电容器35的一侧均连接有第二电感37；两个芯片电容器35靠近金属地板2的一侧均连接有馈电微带线38；可选的，两条馈电微带线38的宽度为0.8mm，两条馈电微带线38之间的距离为1mm；两个芯片电容器35可采用片状电容器，均设置在矩形主辐射微带31和两条馈电微带线38之间，对阻抗匹配进行修正，在天线对中也起到直流阻塞的作用。两条馈电微带线38靠近金属地板2的一侧均连接有与金属地板2连接的馈电端口39；可选的，两个馈电端口39的距离为1mm；两个馈电端口39通过两条互相平行馈电微带线38连接同一条矩形主辐射微带31上，使得本发明提供的MIMO天线对的结构紧凑，占用空间小。
在本实施例中，电阻33、第一电感32以及第二电感37构成一个偏置网络，可选的，第一电感32和第二电感37的电感值均为47nH；电阻33的电阻值为51Ω；芯片电容器35的电容值为0.5pF。在偏置网络中，第一电感32和第二电感37用于阻断交流信号，电阻33用于限制偏置电流。如图3所示，偏置网络用于控制PIN二极管34的开关；通过控制PIN二极管34的开关实现压控频率。如图4所示，当PIN二极管34设置为正向偏压时，PIN二极管34的典型有效电阻为0.18Ω，天线对可以工作在3.5GHz频段，天线对的效率约为50％；当PIN二极管34设置为反向偏压时，PIN二极管34的典型有效电容为0.15pF，天线对可以工作在5GHz频段，天线对的效率约为75％。两个馈电端口39在3.5GHz和5GHz频段均可正常工作，且可在不使用任何额外的解耦结构的情况下具有高隔离度；两个馈电端口39之间的高隔离度可通过共模信号中的等振幅和相位源同时馈电，以及差模信号中的等振幅和180度不同相位源激励来设计得到。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种高隔离度的5G移动端MIMO天线对，其特征在于，包括介质基板(1)，所述介质基板(1)上表面的中部印刷有金属地板(2)；所述介质基板(1)上表面的四个角位置上均设置有天线对单元(3)；
所述天线对单元(3)包括印刷于所述介质基板(1)上表面的矩形主辐射微带(31)；所述矩形主辐射微带(31)沿所述矩形主辐射微带(31)长度方向的一侧与所述介质基板(1)沿所述介质基板(1)长度的一侧重合；所述矩形主辐射微带(31)沿所述矩形主辐射微带(31)长度方向的两端均依次连接有第一电感(32)和电阻(33)；所述矩形主辐射微带(31)靠近所述金属地板(2)的一侧连接有两个对称的PIN二极管(34)和两个对称的芯片电容器(35)；两个所述PIN二极管(34)和两个所述芯片电容器(35)均位于两个所述第一电感(32)之间，且两个所述芯片电容器(35)位于两个所述PIN二极管(34)之间；
两个所述PIN二极管(34)靠近所述金属地板(2)的一侧均连接有L形带(36)；两个所述L形带(36)的短边相互靠近；两个所述L形带(36)沿所述矩形主辐射微带(31)长度方向，远离两个所述芯片电容器(35)的一侧均连接有第二电感(37)；两个所述芯片电容器(35)靠近所述金属地板(2)的一侧均连接有馈电微带线(38)；两条所述馈电微带线(38)靠近所述金属地板(2)的一侧均连接有与所述金属地板(2)连接的馈电端口(39)。
2.根据权利要求1所述的高隔离度的5G移动端MIMO天线对，其特征在于，所述介质基板(1)的材质为FR4，介电常数为4.4，厚度为1mm。
3.根据权利要求1所述的高隔离度的5G移动端MIMO天线对，其特征在于，所述矩形主辐射微带(31)的长度为11.5mm，与所述金属地板(2)的距离为5.2mm。
4.根据权利要求1所述的高隔离度的5G移动端MIMO天线对，其特征在于，两个所述馈电端口(39)的距离为1mm。
5.根据权利要求1所述的高隔离度的5G移动端MIMO天线对，其特征在于，四个所述天线对单元(3)互为镜像对称。
6.根据权利要求1所述的高隔离度的5G移动端MIMO天线对，其特征在于，两条所述馈电微带线(38)的宽度均为0.8mm，两条所述馈电微带线(38)之间的距离为1mm。
7.根据权利要求1所述的高隔离度的5G移动端MIMO天线对，其特征在于，所述第一电感(32)和第二电感(37)的电感值均为47nH；所述电阻(33)的电阻值为51Ω；所述芯片电容器(35)的电容值为0.5pF。
8.根据权利要求1所述的高隔离度的5G移动端MIMO天线对，其特征在于，所述L形带(36)靠近所述金属地板(2)的一侧的长度为2.1mm，与所述金属地板(2)的距离为0.15mm。
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