CN114552218A - 一种多输入多输出mimo天线以及通信装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种多输入多输出MIMO天线以及通信装置。该MIMO天线包括：至少x个天线单元，x为大于或等于2的整数，其中，第一天线单元分别与第一接地点和第一馈电点电连接，第一接地点与第一馈电点不重合，第一天线单元为至少x个天线单元中的任意一个天线单元；第一接地点与其它天线单元对应的接地点通过第一馈电线电连接。在取消匹配电路的前提下，有效保证天线的工作频段与隔离度相匹配，并且节省天线所占用的空间。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种多输入多输出MIMO天线以及通信装置。
背景技术
多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)天线技术是MIMO无线通信技术的主要核心技术之一，传统的单输入单输出(Single-input Single-output，SISO)天线系统在信道容量上具有一个不可突破的瓶颈——香农容量的限制。在无尺寸限制的条件下，天线数量越多，系统吞吐率会随着天线的数量成倍的增加。
传统减小天线之间互相影响的方法通常是加大天线之间的物理距离，以改善空间耦合和天线的隔离度。而随着通信装置的发展，通信装置的小型化导致可以用于天线设计的空间越来越小，进一步导致天线隔离度恶化，性能下降。为了解决上述问题，目前的技术方案是采用共型MIMO天线。共型MIMO天线指的是所有天线单元电连接同一个结构体(也称为辐射体)。例如：两个天线单元电连接同一个结构体。
当前的共型MIMO天线中，两个天线单元共用馈电点(feeding point)。共用馈电点还需要再增加匹配电路，以保证各个天线单元的工作频段，与天线隔离度相匹配。因此，仍然需要占用较大的空间。
发明内容
本申请实施例提供了一种多输入多输出MIMO天线，该MIMO天线包括：至少x个天线单元，x为大于或等于2的整数，其中，第一天线单元分别与第一接地点和第一馈电点电连接，第一接地点与第一馈电点不重合，第一天线单元为至少x个天线单元中的任意一个天线单元；第一接地点与其它天线单元对应的接地点通过第一馈电线电连接。
本申请实施例中，MIMO天线包括至少x个天线单元，x为大于或等于2的整数，第一天线单元为该至少x个天线单元中的任意一个天线单元，第一天线单元分别与第一接地点和第一馈电点电连接。第一接地点与其它天线单元对应的接地点通过第一馈电线电连接。在取消匹配电路的前提下，有效保证天线的工作频段与隔离度相匹配，并且节省天线所占用的空间。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，x等于3。具体地，天线单元可以为三个天线单元。需要说明的是，本申请提出的该MIMO天线还可以包括四个天线单元或更多的天线单元，此处不作限制。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第一天线单元与相邻的一个天线单元之间的距离小于或等于0.5λ1，λ1为MIMO天线工作频段对应的波长。可选的，λ1为MIMO天线工作频段中心频点对应的波长。可选的，λ1为MIMO天线工作频段中两个端点对应频段的波长。可选的，λ1为MIMO天线工作频段中经过优化选择的频点对应的波长，例如：MIMO天线的工作频段为3.2吉赫(GHz)-3.5吉赫(GHz)，经过计算后得到优化选择的频点为3.3吉赫(GHz)，则λ1为3.3吉赫(GHz)对应的波长。由于天线中相邻的天线单元之间的距离较小，因此可以有效节省天线所占用的空间。该天线具有体积小的特点。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第一天线单元与相邻的一个天线单元之间的距离小于或等于0.2λ1。具体地，第一天线单元与相邻的一个天线单元之间的距离为0.1λ1
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第一天线单元设置于无净空空间的接地地板。由于该第一天线单元可以设置于无净空空间的接地地板上，增加天线设计的自由度。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第一接地点设置于接地地板上，第一馈电点设置于接地地板上。具体的，第一接地点与第一馈电点可以设置于接地地板的表面，也可以设置于接地地板的开槽中，还可以设置于接地地板的挖孔中，此处不作限制。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第一天线单元包括：第一接地点和第一馈电点。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第一天线单元，包括：第二馈电线和第一谐振支路；第一天线单元通过第二馈电线与接地点和馈电点电连接；第一谐振支路的一端与第二馈电线电连接。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第一谐振支路的长度大于或等于0.1λ2，λ2为第一谐振支路工作频段对应的波长。可选的，λ2为第一谐振支路工作频段中心频点对应的波长。可选的，λ2为第一谐振支路工作频段中两个端点对应频段的波长。可选的，λ2为第一谐振支路工作频段中经过优化选择的频点对应的波长。
一种可能的实现中，第一谐振支路的长度属于0.1λ2-0.5λ2，该实现方式减小了天线的体积。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第一天线单元还包括：
第二谐振支路，第二谐振支路的一端与第一谐振支路电连接。该第一天线单元还包括第二谐振支路，以提升天线的工作频段范围。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第二谐振支路的长度大于或等于0.1λ3，λ3为第二谐振支路工作频段对应的波长。可选的，λ3为第二谐振支路工作频段中心频点对应的波长。可选的，λ3为第二谐振支路工作频段中两个端点对应频段的波长。可选的，λ3为第二谐振支路工作频段中经过优化选择的频点对应的波长。
一种可能的实现中，第二谐振支路的长度属于0.1λ3-0.5λ3，减小了天线体积。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第一天线单元还包括：
第三谐振支路，其中，第三谐振支路的一端与第二谐振支路电连接。当MIMO天线中包括多个第一天线单元时，由于多个第一天线单元之间的耦合效应，使得天线的工作频段发生变化。引入第三谐振支路用以调整天线的工作频段。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第三谐振支路的长度大于或等于0.01λ4，λ4为第三谐振支路工作频段对应的波长。可选的，λ4为第三谐振支路工作频段中心频点对应的波长。可选的，λ4为第三谐振支路工作频段中两个端点对应频段的波长。可选的，λ4为第三谐振支路工作频段中经过优化选择的频点对应的波长。
一种可能的实现中，第三谐振支路的长度为0.01λ4-0.1λ4，减小了天线体积。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，MIMO天线的长度属于0.2λ1-0.5λ1；MIMO天线的宽度属于0.01λ1-0.1λ1；MIMO天线的高度属于0.01λ1-0.1λ1，其中，λ1为MIMO天线工作频段对应的波长。该实现方式减小了天线的体积。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第一天线单元的长度属于0.06λ5-0.1λ5；第一天线单元的宽度属于0.06λ5-0.1λ5；第一天线单元的高度属于0.06λ5-0.1λ5，其中，λ5为第一天线单元工作频段对应的波长。可选的，λ5为第一天线单元工作频段中心频点对应的波长。可选的，λ5为第一天线单元工作频段中两个端点对应频段的波长。可选的，λ5为第一天线单元工作频段中经过优化选择的频点对应的波长。该实现方式减小了天线的体积。
结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，第一天线单元采用平面倒F天线，或者，第一天线单元采用倒F天线。提升了本方案的实现灵活性。
第二方面，本申请实施例还提出了一种通信装置，通信装置包括如前述第一方面以及第一方面中任意一种实现方式的MIMO天线；信号源连接MIMO天线的馈电口，信号源用于通过MIMO天线收发无线信号；处理器用于对无线信号进行处理。使得应用该天线的通信装置进一步小型化，并提升该通信装置的设计自由度。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，通信装置还包括信号源，信号源连接MIMO天线的馈电口，信号源用于通过MIMO天线收发无线信号。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，通信装置还包括处理器，处理器用于对无线信号进行处理。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，该通信装置还包括天线支架，该MIMO天线设置于该天线支架上。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，该MIMO天线与该天线支架一体成型。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，该MIMO天线与该天线支架分别独立成型。
结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，该天线支架的形状包括但不限于圆锥体、圆柱体、三棱锥、三棱柱、梯形体、椎体或圆台。
附图说明
图1为本申请实施例提出的一种应用场景示意图；
图2为本申请实施例提出的又一种应用场景示意图；
图3为本申请实施例提出的又一种应用场景示意图；
图4为本申请实施例提出的又一种应用场景示意图；
图5为本申请实施例提出的MIMO天线100的结构示意图；
图6为本申请实施例中MIMO天线100的俯视示意图；
图7为本申请实施例提出的MIMO天线100的一种辐射方向示意图；
图8为本申请实施例提出的MIMO天线100的一种结构示意图；
图9为本申请实施例提出的一种第一天线单元的结构示意图；
图10为本申请实施例中第一谐振支路111的一种结构示意图；
图11为本申请实施例中第二谐振支路112的一种结构示意图；
图12为本申请实施例中第三谐振支路113的一种结构示意图；
图13为本申请实施例提出的第一天线单元110的又一种结构示意图；
图14为本申请实施例提出的第一天线单元110的又一种结构示意图；
图15-16为本申请实施例中涉及的一种仿真实验示意图；
图17-18为本申请实施例中涉及的又一种仿真实验示意图；
图19为本申请实施例中MIMO天线100的相关系数仿真实验示意图；
图20为本申请实施例中MIMO天线100的天线效率仿真实验示意图；
图21为本申请实施例中MIMO天线100中天线单元的天线仿真辐射方向示意图。
具体实施方式
本申请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术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。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，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，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单元。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述。在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本申请中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请的描述中，“至少一项”是指一项或者多项，“多项”是指两项或两项以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a,b,或c中的至少一项(个)，可以表示：a,b,c,a-b,a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c可以是单个，也可以是多个。
需要理解的是，术语““上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
第五代(5th generation，5G)网络还称为5g新通信协议(5g new radio，5g NR或NR)与长期演进(long term evolution，LTE)相比有更大的可用带宽，大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)和多波束(multi-beam)的使用。而随着通信装置的发展，通信装置的小型化导致可以用于天线设计的空间越来越小，进一步导致天线隔离度恶化，性能下降。为了解决上述问题，目前的技术方案是采用共型MIMO天线。共型MIMO天线指的是所有天线单元电连接同一个结构体(也称为辐射体)。例如：两个天线单元电连接同一个结构体。当前的共型MIMO天线中，两个天线单元共用馈电点(feeding point)。共用馈电点还需要再增加匹配电路，以保证各个天线单元的工作频段，与天线隔离度相匹配。因此，仍然需要占用较大的空间。
基于此，本申请实施例提出一种多输入多输出MIMO天线以及通信装置，在保证天线的工作频段与隔离度相匹配的情况下，有效减少天线尺寸。提升应用该MIMO天线的通信装置设计的自由度。
本申请提出的MIMO天线可以应用于多种通信装置中，该通信装置可以是终端设备，也可以是网络设备。本申请实施例涉及到的终端设备还可以称为终端，可以是一种具有无线收发功能的设备。该终端设备可以部署在陆地上，包括室内或室外、手持或车载；也可以部署在水面上(如轮船等)；还可以部署在空中(例如飞机、气球和卫星上等)。本申请实施例中，终端设备也可以称为用户设备(user equipment，UE)。本申请实施例中所涉及的终端设备作为一种具有无线收发功能的设备，可以经网络设备中的接入网设备与一个或多个核心网(core network，CN)进行通信。终端设备也可称为接入终端、终端、用户单元、用户站、移动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、无线网络设备、用户代理或用户装置等。终端设备可以部署在陆地上，包括室内或室外、手持或车载；也可以部署在水面上(如轮船等)；还可以部署在空中(例如飞机、气球和卫星上等)。终端设备可以是蜂窝电话(cellular phone)、无绳电话、会话启动协议(session initiation protocol，SIP)电话、智能电话(smart phone)、手机(mobile phone)、无线本地环路(wireless local loop，WLL)站、个人数字处理(personal digital assistant，PDA)，可以是具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它设备、车载设备、可穿戴设备、无人机设备或物联网、车联网中的终端、第五代移动通信(fifth generation，5G)网络以及未来网络中的任意形态的终端、中继用户设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络(publicland mobile network，PLMN)中的终端等，其中，中继用户设备例如可以是5G家庭网关(residential gateway，RG)。例如终端设备可以是虚拟现实(virtual reality，VR)终端、增强现实(augmented reality，AR)终端、工业控制(industrial control)中的无线终端、无人驾驶(self driving)中的无线终端、远程医疗(remote medical)中的无线终端、智能电网(smart grid)中的无线终端、运输安全(transportation safety)中的无线终端、智慧城市(smart city)中的无线终端、智慧家庭(smart home)中的无线终端等。本申请实施例对此并不限定。
本申请实施例涉及到的网络设备可以看作是运营商网络的子网络，是运营商网络中业务节点与终端设备之间的实施系统。终端设备要接入运营商网络，首先是经过网络设备，进而可通过网络设备与运营商网络的业务节点连接。本申请实施例中的网络设备，是一种为终端设备提供无线通信功能的设备，也可以称为(无线)接入网((radio)accessnetwork，(R)AN)。网络设备包括但不限于：5G系统中的下一代基站节点(next generationnode base station，gNB)、长期演进(long term evolution，LTE)中的演进型节点B(evolved node B，eNB)、无线网络控制器(radio network controller，RNC)、节点B(nodeB，NB)、基站控制器(base station controller，BSC)、基站收发台(base transceiverstation，BTS)、家庭基站(例如，home evolved nodeB，或home node B，HNB)、有源天线处理单元(Active antenna unit,AAU)、传输点(transmitting and receiving point，TRP)、发射点(transmitting point，TP)、小基站设备(pico)、移动交换中心、设备到设备(Device-to-Device，D2D)、车辆外联(vehicle-to-everything，V2X)、机器到机器(machine-to-machine，M2M)通信中承担基站功能的设备，或者未来网络中的网络设备等。采用不同无线接入技术的系统中，具备接入网设备功能的设备的名称可能会有所不同。
首先，请参阅图1，图1为本申请实施例提出的一种应用场景示意图。本申请提出的MIMO天线100应用于网络设备中。图1中的网络设备以AAU为示例。一个或多个MIMO天线100构成了AAU中的天线阵列。
其次，请参阅图2，图2为本申请实施例提出的又一种应用场景示意图。MIMO天线100应用于终端设备中，以该终端设备为手机为例进行说明。为了便于描述，以该终端设备为参考建立空间直角坐标系。其中，该终端设备正面(即主屏幕和听筒所在的一面)的方向为Z轴方向，该终端设备背面(即与终端设备正面相反的一面)的方向为-Z轴方向。
可选的，如图3所示，图3为本申请实施例提出的又一种应用场景示意图。MIMO天线100可以设置于该终端设备背面。该终端设备背面所在的平面为YOX面。
可选的，如图4所示，图4为本申请实施例提出的又一种应用场景示意图。MIMO天线100可以设置于该终端设备侧面。该终端设备侧面所在的平面为YOZ面。
可选的，由于MIMO天线100中包括至少x个天线单元，x为大于或等于2的整数。因此，该MIMO天线100中部分天线单元可以设置于该终端设备背面，该MIMO天线100中另一部分天线单元设置于该终端设备侧面。
本申请实施例提出的MIMO天线100包括至少x个天线单元，x为大于或等于2的整数。例如：MIMO天线100包括三个天线单元；或者MIMO天线100包括4个天线单元；或者，MIMO天线100包括两个天线单元。需要说明的是，MIMO天线100还可以包括更多的天线单元，此处不作限制。
该MIMO天线100中的多个天线单元，可以是结构相同的天线单元，也可以是结构不同的天线单元，此处不作限制。这些天线单元分别与对应的接地点连接，这些接地点之间通过馈电线连接。本申请实施例中，以MIMO天线100包括三个天线单元为例进行说明，其中，第一天线单元110为该三个天线单元中的任意一个天线单元。即，MIMO天线100中包括结构相同的三个天线单元。具体的，请参阅图5，图5为本申请实施例提出的MIMO天线100的结构示意图。图5所示的MIMO天线100与图3所示的应用场景相对应。MIMO天线100中包括三个第一天线单元110，这三个第一天线单元110在Y轴方向上处于同一直线。具体的，请参阅图6，图6为本申请实施例中MIMO天线100的俯视示意图。在YOX面上，三个第一天线单元110的结构关系如图6所示。图5所示的MIMO天线100的辐射方向图，如图7所示，图7为本申请实施例提出的MIMO天线100的一种辐射方向示意图。MIMO天线100中位于两侧的第一天线单元110所对应的辐射方向图(辐射方向图1和辐射方向图3)中间凹陷，中间的第一天线单元110所对应的辐射方向图2法线方向(z轴方向)凹陷。因此，MIMO天线100中各个第一天线单元110之间的耦合场将减弱，提升了天线单元之间的隔离度。
在另一种可选的实现方式中，这三个第一天线单元110也可以交错排列，例如：以图6为例，当三个第一天线单元110的中心点在y轴方向上通过不同直线时，可以视为这三个第一天线单元110交错排列，此处不作限制。
下面以MIMO天线100中包括三个第一天线单元110为例，对MIMO天线100的具体结构进行介绍。请参阅图8，图8为本申请实施例提出的MIMO天线100的一种结构示意图。具体的，MIMO天线100设置于接地地板120上，MIMO天线100包括三个第一天线单元110。
第一天线单元110分别与第一接地点121和第一馈电点122电连接。第一接地点121和第一馈电点122设置于接地地板120上，第一接地点121与第一馈电点122不重合。
第一接地点121与其它天线单元(第一天线单元110)对应的接地点(第一接地点121)通过第一馈电线114电连接。
第一天线单元110与相邻的一个天线单元(另一个第一天线单元110)之间的距离小于或等于0.5λ1，λ1为MIMO天线100工作频段对应的波长。例如：λ1为MIMO天线100工作频段中心频点对应的波长。或者，λ1为MIMO天线100工作频段中两个端点对应频段的波长。或者，λ1为MIMO天线100工作频段中经过优化选择的频点对应的波长，例如：MIMO天线100的工作频段为3.2吉赫(GHz)-3.5吉赫(GHz)，经过计算后得到优化选择的频点为3.3吉赫(GHz)，则λ1为3.3吉赫(GHz)对应的波长。该距离可以是第一天线单元110对应的第一馈电点122与相临的一个天线单元对应的馈电点(另一个第一天线单元110对应的第一馈电点122)之间的距离。该距离也可以是第一天线单元110对应的第一接地点121与相临的一个天线单元对应的接地点(另一个第一天线单元110对应的第一接地点121)之间的距离。
可选的，第一天线单元110与相邻的一个天线单元(另一个第一天线单元110)之间的距离属于0.05λ1-0.2λ1。
第一天线单元110通过第一馈电点122连接MIMO天线100的馈电口(图中未示出)。当MIMO天线100应用于通信装置时，通信装置的信号源通过该馈电口与该MIMO天线100连接，该信号源用于通过该MIMO天线100收发无线信号。
接地地板120为印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)的接地层。
可选的，该接地地板120可以是无净空空间的接地地板。第一天线单元110设置于该无净空空间的接地地板。无净空空间的接地地板指的是MIMO天线投影正下方是完整的地平面，即带有完整金属的表面。接地地板120通过第一接地点121接地。由于该第一天线单元可以设置于无净空空间的接地地板上，增加天线设计的自由度。
可选的，接地地板120选用“FR4”介质基板。或者，接地地板120选用“Rogers3003”或“NF30”基板。
具体的，MIMO天线100的长度属于0.2λ1-0.5λ1；MIMO天线100的宽度属于0.01λ1-0.1λ1；MIMO天线100的高度属于0.01λ1-0.1λ1，其中，λ1为MIMO天线100工作频段对应的波长。MIMO天线100的长度可以是Y轴方向上，左侧第一天线单元110的左边线到右侧第一天线单元110的右边线之间的长度；MIMO天线100的宽度可以是X轴方向上，第一天线单元110的宽度与第一馈电线114的宽度之和；MIMO天线100的高度可以是Z轴方向上第一天线单元110的高度。
可选的，该第一天线单元110还可以采用倒F天线(Inverted F-shaped Antenna，IFA)，此处不再限制。图8中示意的第一天线单元110为平面倒F天线(Planar Inverted F-shaped Antenna，PIFA)。
第一馈电线114可以是与接地地板120不接触的金属线，第一馈电线114也可以是蚀刻在接地地板120中的微带线，此处不作限制。第一馈电线可选用的材质包括但不限于金、银，或铜等导体。
接下来，介绍MIMO天线100中的第一天线单元110。请参阅图9，图9为本申请实施例提出的一种第一天线单元的结构示意图。第一天线单元110包括：第一谐振支路111、第二谐振支路112、第三谐振支路113、第二馈电线115。
具体的，第一天线单元110通过第二馈电线115与第一接地点121和第一馈电点122电连接。第一谐振支路111的一端与第二馈电线115电连接。
为了便于理解，请参阅图10，图10为本申请实施例中第一谐振支路111的一种结构示意图。图10为第一天线单元110中各个谐振支路展开后的示意图。第一谐振支路111的长度大于或等于0.1λ2，λ2为第一谐振支路111工作频段对应的波长。可选的，第一谐振支路111的长度属于0.1λ2至0.5λ2，λ2为第一谐振支路111工作频段对应的波长。第一谐振支路111的宽度根据实际需求进行设计，例如：第一谐振支路111的宽度为0.1-1.0毫米，此处不作限制。
请参阅图11，图11为本申请实施例中第二谐振支路112的一种结构示意图。第二谐振支路112用于增加第一天线单元110的工作频段，第二谐振支路112的一端与第一谐振支路111电连接。第二谐振支路112的长度大于或等于0.1λ3，λ3为第二谐振支路112工作频段对应的波长。可选的，第二谐振支路112的长度属于0.1λ3至0.5λ3，λ3为第二谐振支路112工作频段对应的波长。第二谐振支路112的宽度根据实际需求进行设计，例如：第二谐振支路112的宽度为0.1-1.0毫米，此处不作限制。
请参阅图12，图12为本申请实施例中第三谐振支路113的一种结构示意图。第三谐振支路113，其中，第三谐振支路113的一端与第二谐振支路112电连接。当MIMO天线100中包括多个第一天线单元110时，由于多个第一天线单元110之间的耦合效应，使得天线的工作频段发生变化。引入第三谐振支路113用以调整天线的工作频段。第三谐振支路113的长度大于或等于0.01λ4，λ4为第三谐振支路113工作频段对应的波长。可选的，第三谐振支路113的长度属于0.01λ4至0.1λ4，λ4为第三谐振支路113工作频段对应的波长。第三谐振支路113的宽度根据实际需求进行设计，例如：第三谐振支路113的宽度为0.1-1.0毫米，此处不作限制。
需要说明的是，第一天线单元110中包括的谐振支路的数量可以更多或更少，例如：第一天线单元110中仅包括一个第一谐振支路111；或者，第一天线单元110中仅包括第一谐振支路111和第二谐振支路112；或者第一天线单元110中包括4个或4个以上的谐振支路，等等，此处不作限制。增加第一天线单元110中谐振支路的数量，可以有效提升第一天线单元的工作频段宽度。减少第一天线单元110中谐振支路的数量，可以有效减小第一天线单元110的尺寸与重量。
此外，第一天线单元110中各个谐振支路之间的连接关系，本申请实施例不作具体限制。以第一天线单元110包括第一谐振支路111、第二谐振支路112和第三谐振支路113为例。第一天线单元110可以是如图10-12所示的结构，即第一谐振支路111的一端与第二馈电线115电连接，第二谐振支路112的一端与第一谐振支路111电连接，第三谐振支路113的一端与第二谐振支路112电连接。
第一天线单元110也可以如图13所示的结构，图13为本申请实施例提出的第一天线单元110的又一种结构示意图。第一谐振支路111的一端与第二馈电线115电连接。第二谐振支路112的一端与第二馈电线115电连接(即第二谐振支路112与第一谐振支路111之间不是直接连接，而是通过第二馈电线115电连接)。第三谐振支路113的一端与第二谐振支路112电连接。
示例性的，当第一天线单元110采用如图10所示结构时，第一天线单元110的具体尺寸如图14所示。图14为本申请实施例提出的第一天线单元110的又一种结构示意图。第一谐振支路111的一端与第二馈电线115电连接。第二谐振支路112的一端与第一谐振支路111电连接。第三谐振支路113的一端与第一谐振支路111电连接。
需要说明的是，本申请实施例对第一谐振支路111、第二谐振支路112与第三谐振支路113的形状不作具体限制。图9所示的第一天线单元110中，以第一谐振支路111、第二谐振支路112、第三谐振支路113与第二馈电线115缠绕(或蚀刻)在立方体天线支架为例进行说明。该天线支架还可以是圆锥体、圆柱体、三棱锥、三棱柱、梯形体、椎体或圆台等其它形状，此处不作限制。该天线支架还可以是接地地板120的一部分，此时MIMO天线100为平面天线。
第一谐振支路111、第二谐振支路112与第三谐振支路113可以采用材质相同的导体，例如，金、银或铜等。第一谐振支路111、第二谐振支路112与第三谐振支路113也可以根据实际需求，采用不同的材质，此处不作限制。
第二馈电线115与第一馈电线114类似，可以是与基材(第一天线单元110)不接触的金属线，第二馈电线115也可以是蚀刻在基材(第一天线单元110)中的微带线，此处不作限制。第二馈电线115可选用的材质包括但不限于金、银，或铜等导体。
以图9所示的第一天线单元110为例，第一天线单元110的长度属于0.06λ5-0.1λ5；第一天线单元110的宽度属于0.06λ5-0.1λ5；第一天线单元110的高度属于0.06λ5-0.1λ5，其中，λ5为第一天线单元110工作频段对应的波长。
本申请实施例中，MIMO天线100包括至少三个天线单元，第一天线单元110分别与第一接地点121和第一馈电点122电连接。第一接地点121与其它天线单元对应的接地点通过第一馈电线114电连接。在取消匹配电路的前提下，有效保证天线的工作频段与隔离度相匹配，并且节省天线所占用的空间，提高应用该MIMO天线100的通信装置的设计自由度。该MIMO天线100与应用该MIMO天线100的通信装置具有体积小的特点。
示例性的，以图9所示的第一天线单元110为例，请参阅图14，图14为本申请实施例中第一天线单元110的又一种结构示意图。第一谐振支路111的长度为13.5+4.5+2＝20毫米(mm)，第二谐振支路112的长度为4+5+5＝14毫米，第三谐振支路113的长度为2.3毫米，第一谐振支路111、第二谐振支路112与第三谐振支路113的宽度为0.7毫米。下面以包括图14所示的第一天线单元110的MIMO天线100为例，说明MIMO天线100的仿真实验结果。需要说明的是，这仅是一种可能的仿真实验结果，根据实际天线单元的尺寸不同以及天线单元之间排列的不同，还可以存在其它的仿真实验结果，此处不作限定。
该MIMO天线100中包括三个第一天线单元110，该MIMO天线100的结构与图8类似。相邻的两个第一天线单元110之间的距离为8毫米。该MIMO天线100的工作频段为3340兆赫兹(MHz)-3460兆赫兹(MHz)。
与MIMO天线100类似结构的天线，该天线中三个天线单元对应的接地点之间不相连，该天线也称为不共用接地点天线。该不共用接地点天线的S参数(S parameter)仿真示意图，如图15-图16所示。图15-图16为本申请实施例中涉及的一种仿真实验示意图。S参数也称为反射参数，是微波传输中的一种重要参数。该天线(接地点之间不相连)的带宽较窄，位于中间位置的天线单元(称为单元2)的带宽为60兆赫兹。图16示意的是隔离度的仿真实验结果，左侧天线单元(称为单元1)与中间位置的天线单元(单元2)之间的隔离度为-8.5分贝(dB)，中间位置的天线单元(单元2)与右侧天线单元(单元3)之间的隔离度为-8.9分贝。
而本申请实施例提出的MIMO天线100的S参数仿真示意图，如图17-图18所示，图17-图18为本申请实施例中涉及的又一种仿真实验示意图。图17与图15相对应，示意的是反射参数的仿真实验结果。图18与图16相对应，示意的是隔离度的仿真实验结果。由图17-图18可知，相较于图15-图16所示的不共用接地点天线，本申请提出的MIMO天线100将各个天线单元之间的隔离度提高至-10分贝(即图18中所有单元的隔离度均在-10分贝以下)，并且，单元2的带宽提升至120兆赫兹(MHz)。使得MIMO天线100在内部天线单元排列紧凑的前提下，还能实现较高隔离度以及3.5％的相对带宽，该相对带宽由绝对带宽值(120兆赫兹)与该绝对带宽的中心频点(3.4吉赫兹)求得，具体如下：120Mhz/3.4Ghz＝3.5％。该MIMO天线100的总长为31毫米。
请参阅图19，图19为本申请实施例中MIMO天线100的相关系数仿真实验示意图。相关系数也称为包络相关系数(envelope correlation coefficient，ECC)，反映MIMO天线100的相关性。通常对天线的相关系数要求小于0.5，由图19可知，MIMO天线100的相关系数小于0.1，满足当前对天线的设计要求。
请参阅图20，图20为本申请实施例中MIMO天线100的天线效率仿真实验示意图。以图7所示的MIMO天线100为例，左侧的第一天线单元110为单元1(unit1)，中间的第一天线单元110为单元2(unit2)，右侧的第一天线单元110为单元3(unit3)。由图20可知，MIMO天线100中各个天线单元的天线效率较为接近。证明该MIMO天线100的各个信道差异较小，各个天线单元的增益均衡，可有效提升MIMO天线100的数据吞吐量。
请参阅图21，图21为本申请实施例中MIMO天线100中xz面的天线仿真辐射方向示意图。图21中具体包括MIMO天线100中单元1、单元2与单元3的xz面天线仿真辐射方向示意图。图21中，Gθ为沿着XOZ面切得的辐射方向图，Gφ为沿着YOZ面切得的辐射方向图。由上述图21所示的天线方向图可知，MIMO天线100中，单元1与单元3方向图相向凹陷(90度附近)，单元2方向图中间凹陷(0度与180度附近)。实现了方向图的去耦，提升天线的隔离度。
本申请实施例还提出了一种通信装置，通信装置包括如前述的MIMO天线。使得应用该天线的通信装置进一步小型化，并提升该通信装置的设计自由度。
可选的，通信装置还包括信号源，信号源连接MIMO天线的馈电口，信号源用于通过MIMO天线收发无线信号。
可选的，通信装置还包括处理器，处理器用于对无线信号进行处理。
可选的，该通信装置还包括天线支架，该MIMO天线设置于该天线支架上。
可选的，该MIMO天线与该天线支架一体成型。
可选的，该MIMO天线与该天线支架分别独立成型。
可选的，该天线支架的形状包括但不限于圆锥体、圆柱体、三棱锥、三棱柱、梯形体、椎体或圆台。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。总之，以上所述仅为本申请技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种多输入多输出MIMO天线，其特征在于，包括：
至少x个天线单元，x为大于或等于2的整数，其中，第一天线单元分别与第一接地点和第一馈电点电连接，所述第一接地点与所述第一馈电点不重合，所述第一天线单元为所述至少x个天线单元中的任意一个天线单元；
所述第一接地点与其它所述天线单元对应的接地点通过第一馈电线电连接。
2.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于，所述x等于3。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的MIMO天线，其特征在于，
所述第一天线单元与相邻的一个所述天线单元之间的距离小于或等于0.5λ1，所述λ1为所述MIMO天线工作频段对应的波长。
4.根据权利要求1或2所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一天线单元与相邻的一个所述天线单元之间的距离小于或等于0.2λ1，所述λ1为所述MIMO天线工作频段对应的波长。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一天线单元设置于无净空空间的接地地板。
6.根据权利要求5所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一接地点设置于所述接地地板上，所述第一馈电点设置于所述接地地板上。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一天线单元，包括：
第二馈电线和第一谐振支路；
所述第一天线单元通过所述第二馈电线与所述接地点和所述馈电点电连接；
所述第一谐振支路的一端与所述第二馈电线电连接。
8.根据权利要求7所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一天线单元还包括：
第二谐振支路，所述第二谐振支路的一端与所述第一谐振支路电连接。
9.根据权利要求8所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一天线单元还包括：
第三谐振支路，其中，所述第三谐振支路的一端与所述第二谐振支路电连接。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一谐振支路的长度大于或等于0.1λ2，所述λ2为所述第一谐振支路工作频段对应的波长。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的MIMO天线，其特征在于，所述第二谐振支路的长度大于或等于0.1λ3，所述λ3为所述第二谐振支路工作频段对应的波长。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的MIMO天线，其特征在于，所述第三谐振支路的长度大于或等于0.01λ4，所述λ4为所述第三谐振支路工作频段对应的波长。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的MIMO天线，其特征在于，所述MIMO天线的长度属于0.2λ1-0.5λ1；
所述MIMO天线的宽度属于0.01λ1-0.1λ1；
所述MIMO天线的高度属于0.01λ1-0.1λ1，其中，所述λ1为所述MIMO天线工作频段对应的波长。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一天线单元的长度属于0.06λ5-0.1λ5；
所述第一天线单元的宽度属于0.06λ5-0.1λ5；
所述第一天线单元的高度属于0.06λ5-0.1λ5，其中，所述λ5为所述第一天线单元工作频段对应的波长。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一天线单元采用平面倒F天线。
16.一种通信装置，其特征在于，所述通信装置包括权利要求1-15任一项所述的MIMO天线。
17.根据权利要求16所述的通信装置，其特征在于，所述通信装置还包括信号源；
所述信号源连接所述MIMO天线的馈电口，所述信号源用于通过所述MIMO天线收发无线信号。
18.根据权利要求17所述的通信装置，其特征在于，所述通信装置还包括处理器，所述处理器用于对所述无线信号进行处理。
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