CN114079150A

CN114079150A - 一种高隔离度宽频带天线和天线阵

Info

Publication number: CN114079150A
Application number: CN202010824231.XA
Authority: CN
Inventors: 袁涛
Original assignee: Kunshan Ruixiang Xuntong Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Kunshan Ruixiang Xuntong Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2022-02-22

Abstract

本发明提供一种高隔离度宽频带天线，包括介质板，接地地板、第一辐射枝节、第一带条和第二带条；接地地板和第一辐射枝节设置在介质板第一表面；接地地板至少有一个直线边，并开有开口在直线边的开槽；第二带条设置于开槽内，开槽除去第二带条的剩余空间形成宽度相等的带状缝隙；第二带条远离开槽底部的一端与第一辐射枝节相连；第一带条设置于介质板第二表面，第一带条在介质板第一表面的垂直投影与第二带条垂直；第一辐射枝节靠近接地地板一侧的形状为凸向接地地板的方向的弧形。另外两组以上此种天线可以组成天线阵。此种天线和天线阵体积小，并且能够在宽频带范围内实现天线解耦。

Description

一种高隔离度宽频带天线和天线阵

技术领域

本发明属于通讯技术领域，特别是涉及一种高隔离度宽频带天线和天线阵。

背景技术

MIMO(多输入多输出)技术是指在通信系统中的收发端分别使用多组天线，使通信信号利用通信系统的发射端与接收端的多组天线发射和接收，从而提高通信质量，已被视为目前移动通信的核心技术之一。MIMO技术可在不增加频谱资源的情况下，极大地提高频谱利用率，改善通信质量，被广泛的应用在移动通信系统中，随着第四代无线通讯网络的大规模商用和第五代移动通信的技术快速发展，越来多的移动通信终端开始采用MIMO天线以提高无线传输速率。

移动通信设备日益往小型化，多功能化，智能化发展。如何在有限的空间范围内，保持天线的各种性能，是一个重要的研究课题，在MIMO天线中，经常因为天线单元间距过小，造成天线单元之间的互耦变强，影响天线的整体性能，因此，提高MIMO天线的隔离度是一个重要的课题。在MIMO天线中提高隔离度的同时提升带宽，往往是一个两难的问题，常规的解耦手段大多是和频率强相关的技术，即单个频点或窄频段内的隔离度可以通过诸如中和线技术，缺陷地技术等一些列手段解决。但是在宽频带范围内，一般很难实现较宽频带的高隔离度。MIMO技术中如何在通信领域宽频带范围内实现高隔离度，并缩小体积是目前面临的一个问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计一种高隔离度宽频带的天线，能够在宽频带范围内实现天线解耦，并缩小天线体积。

根据本发明的第一方面，提供了一种高隔离度宽频带天线，包括介质板，接地地板、第一辐射枝节、第一带条和第二带条；

所述接地地板和所述第一辐射枝节设置在所述介质板第一表面；所述接地地板至少有一个直线边；所述接地地板具有开槽，所述开槽的开口在所述直线边；所述第二带条设置于所述开槽内，所述开槽去除所述第二带条所占空间之后剩余空间形成带状缝隙，所述带状缝隙宽度相等；所述第二带条远离所述开槽底部的一端与所述第一辐射枝节相连；

所述第一带条设置于所述介质板第二表面，所述第一带条在所述介质板第一表面的垂直投影与所述第二带条垂直；

所述第一辐射枝节靠近所述接地地板一侧的形状为弧形，所述弧形凸向所述接地地板的方向。

进一步地，所述第一带条和所述第二带条宽度为1.08-1.62mm。

进一步地，所述第一带条和所述第二带条分别设置开关。

进一步地，所述介质板介电常数为1.58、2.16或4.4中任一数。

进一步地，所述介质板厚度为0.2-0.3mm。

进一步地，所述第一辐射枝节的形状为椭圆形。

进一步地，椭圆形长半轴为27.2-40.8mm、短半轴为18.4-27.6mm。

进一步地，所述第一辐射枝节内开有曲流槽。

进一步地，所述曲流槽为U形槽或C形槽。

根据本发明的第二方面，提供一种高隔离度宽频带天线阵，其特征在于，包括两组以上的本发明第一方面所述的高隔离度宽频带天线。

与现有技术相比，本发明高隔离度宽频带天线的有益效果在于，在比较宽的频带范围内提高隔离度实现解耦，并采用复用辐射枝节的方式，减小天线体积，提高天线的整体性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1为本发明实施例中的高隔离度宽频带天线结构示意图；

图2A为本发明实施例中的第一种电场分布示意图；

图2B为本发明实施例中的第二种电场分布示意图；

图3A为本发明实施例中的开有U型曲流槽结构的辐射枝节示意图；

图3B为本发明实施例中的开有C型曲流槽结构的辐射枝节示意图；

图4A为本发明实施例中的一种高隔离度宽频带天线阵结构示意图；

图4B为本发明实施例中的另一种高隔离度宽频带天线阵结构示意图；

图5为本发明实施例中的辐射枝节开有U形曲流槽的高隔离度宽频带天线阵结构示意图；

图6为本发明实施例中的S参数仿真结果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图描述本发明的实施例的技术方案。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。所描述的实施例仅用于图示说明，而不是对本发明范围的限制。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件或处理的表示和描述。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实施例提供了一种高隔离度宽频带天线，图1是本发明实施例中的高隔离度宽频带天线结构示意图，该天线包括介质板，接地地板G00、第一辐射枝节R01、第一带条P01和第二带条P02；介质板在图1中未绘出。

接地地板G00和第一辐射枝节R01设置在介质板的同一个面上，此面表述为介质板第一表面；接地地板G00至少有一个直线边，图中接地地板的靠近第一辐射枝节R01的边为这个直线边；接地地板具有开槽S01，开槽S01的开口开在接地地板的直线边上；第二带条P02设置于开槽S01内，开槽S01去除所述第二带条P02所占空间之后剩余空间形成缝隙，所述缝隙宽度B2相等；第二带条P02远离所述开槽底部的一端与第一辐射枝节R01相连。

第一带条P01设置于介质板的另一面，此面表述为介质板第二表面。这样第一带条P01和第二带条P02就分别设置在介质板的正反面上，把第一带条P01垂直在投影到介质板第一表面上，第一带条P01在介质板的垂直投影与第二带条P02垂直。

为了达到宽频带的要求，第一辐射枝节R01靠近接地地板一侧的形状为一个弧形，弧形凸向所述接地地板的方向。接地地板的直线边与弧形的辐射枝节可以实现宽频带的要求。

图1中F01、F02为两个馈点，分别为带条P01和P02的一个端点，可以为带条P01和P02供电。第一带条P01另一个端点为T01，T01距离第二带条P02的距离B1会影响输入阻抗。第一带条和第二带条宽度A1的范围为1.08-1.62mm。馈点F01和F02复用辐射枝节R01，这种复用设计可以缩小天线体积。另外可以分别给第一带条和所述第二带条设置开关，通过开关控制分别给带条P01和P02供电。

分别单独给带条P01和P02馈电，可以激励起不同的场分布模式。图2A和图2B为所示的是两种电场分布示意图，这两幅图中，中间的窄长方形为第二带条P02的示意图，两侧的宽长方形表示的是由开槽形成的接地地板；图中的箭头表示电场方向。

通过馈点F01给带条P01馈电，可以激励起场分布模式如图2A所示，此处表述为电场的奇模式。通过馈点F02给带条P02馈电，可以激励起场分布模式如图2B所示，此处表述为电场的偶模式。这两种电场模式天然具有很好的隔离度，能够保证馈点F01和F02同时给第一带条P01和第二带条P02供电、复用辐射枝节R01的时候依然能够保持较好的隔离度。

此种天线结构，能够在宽频带范围内实现天线解耦，同时通过复用辐射枝节缩小了天线体积。

此实施例中介质板可以为介电常数为1.58、2.16或4.4的板材，其中介电常数为4.4时效果较好。介质板的厚度可以为0.2-0.3mm，可以根据加工的条件选择。

另外此实施例中的第一辐射枝节R01，常规可以设计成椭圆形的典型结构，椭圆形的长半轴为27.2-40.8mm、短半轴为18.4-27.6mm。以覆盖常规的0.6-6GHz频段范围为例，在介质板介电常数为4.4，厚度为0.254mm的条件下，椭圆形的辐射枝节的长半轴可以设计成34mm，短半轴23mm。

如果把此实施例中的结构应用于某些移动终端的天线设计，常规天线中还有其他频段需要分开收发，需要在这些需要分开收发的频段范围改变天线的辐射性能。可以利用曲流技术在辐射枝节表面开各种形状的曲流槽，改变导体面上的电流的路径，使得导体表面电流的路径更加复杂，导致一些辐射性能的改变，进而导致电磁兼容。对于此实施例，为了达到电磁兼容的目的，优选U型或C型曲流槽结构。开有U型曲流槽结构的椭圆形辐射枝节示意图如图3A所示，通过在辐射枝节中上部开一个开口向上的U型槽，可以改变所设计频率范围的辐射特性。开有C型曲流槽结构的椭圆形辐射枝节示意图如图3B所示。此种曲流槽的长度一般为所关注的中心频率波长的四分之一。具体举例在5G终端的天线中，由于需要避开WIFI天线的频段，在椭圆形辐射枝节上开U型槽，可以在2.4GHz频段实现带阻特性，实现两种频率的兼容。

对于此发明的另一个方面，利用两组以上的高隔离度宽频带天线，可以形成高隔离度宽频带天线阵。为了绘图方便，此实施例中仅提供包含两组高隔离度宽频带天线的天线阵，图4A和图4B所示为两种不同形式的高隔离度宽频带天线阵结构示意图。R02为第二辐射枝节，P03为第三带条，P04为第四带条，S02为另一个开槽，F03和F04分别为第三馈点和第四馈点，T02为第四带条P04的另一个端点。图4A中两组高隔离度宽频带天线在接地地板G00的同一直线边上，辐射枝节方向相同；图4B中两组高隔离度宽频带天线分别在接地地板G00的两个个直线边上，辐射枝节方向不同。当然，这两组辐射枝节的结构也还可以有其他的排布方法，这里不再赘述。

为了进一步说明此高隔离度宽频带天线或天线组的性能，构建一天线阵结构并进行仿真。所构建结构是在图4A的基础上，在第一和第二辐射枝节上开出U型曲流槽，形成图5的辐射枝节开有U形曲流槽的高隔离度宽频带天线阵结构。此结构中覆盖常规的0.6-6GHz频段范围，介质板介电常数为4.4，介质板厚度为0.254mm；第一、第二、第三和第四带条宽度A1为1.35mm；椭圆形的辐射枝节的长半轴为34mm，短半轴23mm；U型曲流槽总长度为31.25mm；带状缝隙宽度B2为0.65mm；第一带条端点T01距离第二带条P02的距离B1为3mm。

对图5的高隔离度宽频带天线阵结构进行S参数仿真，仿真结果如图6所示。图6显示在0.6-6GHz频带内的反射系数小于-10dB，天线之间的隔离度也都小于-15dB，另外根据对称性和线性系统互易性，上述参数即可完全反应系统的S参数指标达到了很好的宽带解耦效果，另外由于U型曲流槽的存在，在WIFI 2.4GHz频段实现了很好的陷波效果，使得此MIMO应用型更强。

以上对本发明的实施例的描述仅用于说明本发明的技术方案，而不是对本发明范围的限制，本发明并不限于所公开的这些实施例，本领域的技术人员可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种高隔离度宽频带天线，其特征在于，包括介质板，接地地板、第一辐射枝节、第一带条和第二带条；

2.根据权利要求1所述的高隔离度宽频带天线，其特征在于所述第一带条和所述第二带条宽度为1.08-1.62mm。

3.根据权利要求1所述的高隔离度宽频带天线，其特征在于所述第一带条和所述第二带条分别设置开关。

4.根据权利要求1所述的高隔离度宽频带天线，其特征在于所述介质板介电常数为1.58、2.16或4.4中任一数。

5.根据权利要求1所述的高隔离度宽频带天线，其特征在于所述介质板厚度为0.2-0.3mm。

6.根据权利要求1所述的高隔离度宽频带天线，其特征在于所述第一辐射枝节的形状为椭圆形。

7.根据权利要求6所述的高隔离度宽频带天线，其特征在于所述椭圆形长半轴为27.2-40.8mm、短半轴为18.4-27.6mm。

8.根据权利要求1所述的高隔离度宽频带天线，其特征在于所述第一辐射枝节内开有曲流槽。

9.根据权利要求8所述的高隔离度宽频带天线，其特征在于所述曲流槽为U形槽或C形槽。

10.一种高隔离度宽频带天线阵，其特征在于，包括两组以上的如权利要求1～9任一项所述的高隔离度宽频带天线。