CN202094288U - 一种天线及具有该天线的mimo天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种天线，其包括相互紧靠的第一介质基板与第二介质基板，第一介质基板上两相对侧表面上均包括一金属片以及馈入该金属片的馈线，第二介质基板远离第一介质基板一侧表面设置有第三金属片，第一介质基板上的两金属片上镂空有微槽结构，同时本实用新型天线还预设有供电子元件嵌入的空间。根据本实用新型的天线，第一介质基板两表面的金属片以及第二介质基板的第三金属片均能达到使天线在较低工作频段工作时，仍能满足天线小型化、性能优良的要要求，同时本实用新型天线可嵌入不同的电子元件，能方便的调节天线电磁参数，使得天线适用面更广。另外本实用新型还提供一种具有多个上述天线的MIMO天线，该MIMO天线具有高隔离度。

Description

一种天线及具有该天线的MIMO天线

技术领域

本实用新型属于通信领域，具体地，涉及一种天线及具有该天线的MIMO天线。

背景技术

随着半导体工艺的高度发展，对当今的电子系统集成度提出了越来越高的要求，器件的小型化成为了整个产业非常关注的技术问题。然而，不同于IC芯片遵循“摩尔定律”的发展，作为电子系统的另外重要组成——射频模块，却面临着器件小型化的高难度技术挑战。射频模块主要包括了混频、功放、滤波、射频信号传输、匹配网络与天线等主要器件。其中，天线作为最终射频信号的辐射单元和接收器件，其工作特性将直接影响整个电子系统的工作性能。然而天线的尺寸、带宽、增益、辐射效率等重要指标却受到了基本物理原理的限制(固定尺寸下的增益极限、带宽极限等)。这些指标极限的基本原理使得天线的小型化技术难度远远超过了其它器件，而由于射频器件的电磁场分析的复杂性，逼近这些极限值都成为了巨大的技术挑战。

同时，随着现代电子系统的复杂化，多模服务的需求在无线通信、无线接入、卫星通信、无线数据网络等系统中变得越来越重要。而多模服务的需求进一步增大了小型化天线多模设计的复杂度。除去小型化的技术挑战，天线的多模阻抗匹配也成为了天线技术的瓶颈。另一方面，多输入多输出系统(MIMO)在无线通信、无线数据服务领域的高速发展更进一步苛刻地要求了天线尺寸的小型化并同时保证良好的隔离度、辐射性能以及抗干扰能力。然而，传统的终端通信天线主要基于电单极子或偶极子的辐射原理进行设计，比如最常用的平面反F天线(PIFA)。传统天线的辐射工作频率直接和天线的尺寸正相关，带宽和天线的面积正相关，使得天线的设计通常需要半波长的物理长度。在一些更为复杂的电子系统中，天线需要多模工作，就需要在馈入天线前额外的阻抗匹配网络设计。但阻抗匹配网络额外的增加了电子系统的馈线设计、增大了射频系统的面积同时匹配网络还引入了不少的能量损耗，很难满足低功耗的系统设计要求。因此，小型化、多模式的新型天线技术成为了当代电子集成系统的一个重要技术瓶颈。

同时，天线在不同的产品中工作的环境及电磁特性存在较大的差异性，将会导致天线性能在设计和使用中存在较大的差异，所以要求设计出的天线必须具有较强的适应性及通用性。综上所述，原有的技术在使用中将就会遇到通用性及性能差异性的问题。

发明内容

本实用新型要解决的一个技术问题是，针对天线在不同产品中工作环境及电磁特性存在较大的差异性，导致天线性能在设计和使用中存在较大的差异，提供一种天线，该天线具有较强的适应性及通用性。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种天线，所述天线包括具有两相对侧面的第一介质基板和第二介质基板；所述第一介质基板第一侧面设置有第一金属片以及围绕所述第一金属片设置的第一馈线，所述第一介质基板第二侧面设置有第二金属片以及围绕所述第二金属片设置的第二馈线，所述第一馈线及第二馈线均通过耦合方式各自馈入所述第一金属片和所述第二金属片；所述第二介质基板一侧表面与所述第一介质基板第二侧面重合，相对的另一侧表面设置有第三金属片；所述第一馈线与第二馈线电连接，所述第二馈线与所述第三金属片电连接；所述第一金属片上镂空有第一微槽结构以在所述第一金属片上形成第一金属走线，所述第二金属片上镂空有第二微槽结构以在所述第二金属片上形成第二金属走线；所述天线预设有供电子元件嵌入的空间。

进一步地，所述空间设置在第一馈线、第一馈线与第一金属片之间及第一金属片这三个位置的至少一个上。

进一步地，所述空间设置在第二馈线、第二馈线与第二金属片之间及第二金属片这三个位置的至少一个上。

进一步地，所述空间设置在第一金属片上的第一金属走线上，或者所述空间设置在第一微槽结构上。

进一步地，所述空间设置在第二金属片上的第二金属走线上，或者所述空间设置在第二微槽结构上。

进一步地，所述电子元件为感性电子元件、容性电子元件或者电阻。

进一步地，所述空间为形成在所述天线上的焊盘。

进一步地，所述感性电子元件电感值的范围在0-5uH之间。

进一步地，所述容性电子元件电容值的范围在0-2pF之间。

实施本实用新型的天线，相对于现有的天线，具有以下有益效果：通过在天线上设置供电子元件嵌入的空间，可以通过改变嵌入的电子元件的性能对天线的性能进行微调，设计出满足适应性及通用性的要求的天线。另外，介质基板两面均设置有金属片，充分利用了天线的空间面积，在此环境下天线能在较低工作频率下工作，满足天线小型化、低工作频率、宽带多模的要求。

本实用新型所要解决的另一个问题是提供一种MIMO天线。

本实用新型解决上述技术问题所采用的方案是：一种MIMO天线，所述MIMO天线包括多个上述的天线。

根据本实用新型的MIMO天线，除了具备天线本身的特点外，还具有很高的隔离度，多个天线之间的抗干扰能力强。

附图说明

图1是本实用新型天线第一介质基板A面视角结构示意图；

图2是本实用新型天线第一介质基板B面视角结构示意图；

图3是本实用新型天线第二介质基板结构示意图；

图4是本实用新型的天线第一实施例的正视图；

图5是本实用新型的天线第二实施例的正视图；

图6是本实用新型的天线第三实施例的正视图；

图7是本实用新型的天线第四实施例的正视图；

图8是本实用新型的天线第五实施例的正视图；

图9a为互补式开口谐振环结构的示意图；

图9b所示为互补式螺旋线结构的示意图；

图9c所示为开口螺旋环结构的示意图；

图9d所示为双开口螺旋环结构的示意图；

图9e所示为互补式弯折线结构的示意图；

图10a为图9a所示的互补式开口谐振环结构其几何形状衍生示意图；

图10b为图9a所示的互补式开口谐振环结构其扩展衍生示意图；

图11a为三个图9a所示的互补式开口谐振环结构的复合后的结构示意图；

图11b为两个图9a所示的互补式开口谐振环结构与图7b所示为互补式螺旋线结构的复合示意图；

图12为四个图9a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本实用新型的所述天线包括第一介质基板1、第二介质基板2。第一介质基板1包括两相对的A面和B面，A面设置有第一金属片10，围绕第一金属片10设置有第一馈线11。B面设置有第二金属片20，围绕第二金属片20设置有第二馈线21。第一馈线11与第二馈线21均各自通过耦合方式馈入第一金属片10与第二金属片20。第一金属片10上镂空有第一微槽结构100以在第一金属片10上形成第一金属走线101，第二金属片20上镂空有第二微槽结构200以在第二金属片20上形成第二金属走线201。第二介质基板2一面与第一介质基板B面重合，相对该面的另一面设置有第三金属片30。第一馈线11与第二馈线21电连接，第二馈线21与第三金属片30电连接。所述天线上还预设有供电子元件嵌入的空间6。

各馈线与其围绕的金属片之间的耦合方式可为感性耦合方式也可以为容性耦合方式。当馈线与其围绕的金属片之间存在可短接点时，二者即为感性耦合方式，当馈线与其围绕的金属片之间不相互接触时，则二者相对的部分构成耦合电容使得二者形成容性耦合。不同的耦合方式对本实用新型的影响效果较弱，因此不再赘述。

本实用新型第一微槽结构100与第二微槽结构200均可以是图9a所示的互补式开口谐振环结构、图9b所示的互补式螺旋线结构、图9c所示的开口螺旋环结构、图9d所示的双开口螺旋环结构、图9e所示的互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。衍生分为两种，一种是几何形状衍生，另一种是扩展衍生，此处的几何形状衍生是指功能类似、形状不同的结构衍生，例如由方框类结构衍生到曲线类结构、三角形类结构及其它不同的多边形类结构；此处的扩展衍生即在图9a至图9e的基础上开设新的槽以形成新的微槽结构；以图9a所示的互补式开口谐振环结构为例，图10a为其几何形状衍生示意图，图10b为其几何形状衍生示意图。此处的复合是指，图9a至图9e的微槽结构多个叠加形成一个新的微槽结构，如图11a所示，为三个图9a所示的互补式开口谐振环结构复合后的结构示意图；如图11b所示，为两个图9a所示的互补式开口谐振环结构与图9b所示为互补式螺旋线结构共同复合后的结构示意图。此处的组阵是指由多个图9a至图9e所示的微槽结构在同一金属片上阵列形成一个整体的微槽结构，如图12所示，为多个如图9a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。以下第一微槽结构100与第二微槽结构200均以图9c所示的开口螺旋环结构为例阐述本实用新型，但应知二者的结构可以是不同的。

在第一金属片10与第二金属片20上镂刻形成第一微槽结构100和第二微槽结构200的方式可为蚀刻、钻刻、光刻、电子刻、离子刻等工艺，其中蚀刻为优选工艺，其主要步骤是在设计好合适的微槽结构后，然后通过蚀刻设备，利用溶剂与金属的化学反应去除掉预设微槽结构的箔片部分即可得到形成有上述微槽结构的金属片。上述金属箔片的材质可以是铜、银等金属。

当天线工作于低频段时，低频段的电磁波对应的波长较长，根据天线设计原理，天线馈线的电辐射长度将要随之增长使得馈线物理长度变长，而较长的馈线不仅不利于天线整体的小型化同时也使得馈线损耗增大使得天线整体性能下降。

本实用新型从两方面在不改变馈线物理长度的前提下增加馈线的有效辐射面积。第一方面是通过设置于第一介质基板1上的第一金属片10与第二金属片20，通过两个金属片相互之间的耦合关系增加馈线的辐射面积。第一介质基板1两相对表面的第一金属片10与第二金属片20可以连接，也可以不连接。在第一金属片10与第二金属片20不连接的情况下，第一金属片10与第二金属片20之间通过容性耦合的方式馈电；此种情况下，通过改变介质基板的厚度可以实现第一金属片10与第二金属片20的谐振。在第一金属片10与第二金属片20电连接的情况下(例如通过导线或金属化通孔的形式连接)，第一金属片10与第二金属片20之间通过感性耦合的方式馈电。同时，第一馈线11与第二馈线21通过形成于第一介质基板上的金属化通孔12电连接。

第二方面，设置于第二介质基板2的第三金属片30与设置于第一介质基板B面的第二馈线21耦合，并对第二金属片20上形成的第二微槽结构200耦合馈电。第二介质基板2上形成有金属化通孔23，金属化通孔23可以与第一介质基板上的金属化通孔在一垂直面上也可相互错开。金属化通孔23电连接第二馈线21与第三金属片30。第三金属片30耦合馈电的面积易于调节，针对不同那个的工作频段只需简单的调整第三金属片30的耦合馈电面积即可。

同时本实用新型可通过在天线空间6内嵌入不同的电子元件以调整天线的电磁参数和匹配不同的响应频段。天线空间6的位置可为多种，电子元件也可为多种，不同的空间6的嵌入位置和不同的电子元件对应不同的天线电磁参数。下面通过五个实施方式详细描述。由于本实用新型中，第一介质基板的AB两面结构相同，因此仅描述第一介质基板一表面的结构。

第一较佳实施方式

如图4所示，在本较佳实施方式中，在第一馈线11上预设有嵌入感性电子元件和/或电阻的空间51，预设的嵌入电子元件空间的位置可以是第一馈线11上的任意位置，并且可以有多个。可在空间51中嵌入感性电子元件，以改变第一馈线11上的电感值。运用公式：可知电感值的大小和工作频率的平方成反比，所以当需要的工作频率为较低工作频率时，通过适当的嵌入电感或感性电子元件实现。本较佳实施方式中，加入的感性电子元件的电感值范围在0-5uH之间，若太大交变信号将会被感性元件消耗从而影响到天线的辐射效率。本较佳实施方式的所述天线具有多个频段的良好辐射特性，五个主要辐射频率从900MHz一直分布到5.5GHz，几乎涵盖了GSM、CDMA、蓝牙、W-Lan(IEEE802.11协议)、GPS、TD-LTE等各个主要的通信频率，具有非常高的集成度且可通过对第一馈线及第二馈线上的电感值进行调节达到改变天线工作频率的目的。当然，也可以在空间51中嵌入电阻，以改善天线的辐射电阻。当然，第一馈线上的空间也可以是多个，其中分别嵌入电阻以及感性电子元件，既实现了工作频率的调节，又能改善天线的辐射电阻。

第二较佳实施方式

如图5所示，在本较佳实施方式中，在第一馈线11与第一金属片10之间、之间预设有嵌入容性电子元件的空间54，预设的嵌入电子元件空间的位置可以是第一馈线11与第一金属片10之间的任意位置。图4中空间54为本较佳实施方式中嵌入容性电子元件的空间，第一馈线11与第一金属片10之间本身具有一定的电容，这里通过嵌入容性电子元件调节第一馈线11与第一金属片10之间的信号耦合，运用公式：可知电容值的大小和工作频率的平方成反比，所以当需要的工作频率为较低工作频率时，通过适当的嵌入电容或感性电子元件实现。本较佳实施方式中，加入的容性电子元件的电容值范围通常在0-2pF之间，不过随着天线工作频率的变化嵌入的电容值也可能超出0-2pF的范围。当然，也可以在第一馈线11与第一金属片10之间预设多个空间。同样，在未连接有电子元件的空间中，采用导线短接。

第三较佳实施方式

如图6所示，在本较佳实施方式中，在第一金属片的第一金属走线101上预留有嵌入感性电子元件和/或电阻的空间，嵌入电子元件的空间不仅仅局限于图中给出的空间55和空间56，其他位置只要满足条件均可。此处嵌入感性电子元件的目的是增加第一金属片内部谐振结构的电感值，从而对天线的谐振频率及工作带宽起到调节的作用；与较佳实施方式一相同，此处嵌入电阻的目的是改善天线的辐射电阻。至于是嵌入感性电子元件还是电阻，则根据需要而定。另外在未嵌入电子元件的空间中，采用导线短接。

第四较佳实施方式

如图7所示，在本较佳实施方式中，在第一微槽结构100上预留有嵌入容性电子元件的空间，并且所述空间连接两侧的第一金属走线101。嵌入电子元件的空间不仅仅局限与图5中给出的空间57，其他位置只要满足条件均可。嵌入容性电子元件可以改变第一金属片的谐振性能，最终改善天线的Q值及谐振工作点。作为公知常识，我们知道，通频带BW与谐振频率w0和品质因数Q的关系为：BW＝wo/Q，此式表明，Q越大则通频带越窄，Q越小则通频带越宽。另有：Q＝wL/R＝1/wRC，其中，Q是品质因素；w是电路谐振时的电源频率；L是电感；R是串的电阻；C是电容，由Q＝wL/R＝1/wRC公式可知，Q和C呈反比，因此，可以通过加入容性电子元件来减小Q值，使通频带变宽。

第五较佳实施方式

如图8所示，在本较佳实施方式中，在第一馈线11、第一馈线11与第一金属片10之间、之间及第一金属片10这五个位置上都设置供电子元件嵌入的空间。其中，第一金属片10上的空间包括设置在第一金属走线101上的空间以及设置在第一微槽结构100上且连接两侧的第一金属走线101的空间。具体地，本较佳实施方式中的空间包括第一馈线11上的空间62，第一馈线11与第一金属片10之间的空间64，第一金属走线101上的空间65、66，第一微槽结构100上的空间67，当然，本较佳实施方式中给出的位置并不是唯一性的，本较佳实施方式中，在上述的空间中加入电子元件以调节天线的性能，其原理与较佳实施方式一至四的原理类似，本较佳实施方式不再描述。

本实用新型的天线上空间的预留位置并不限于上述五种形式，空间只要设置在天线上即可。例如，空间还可以设置在介质基板上。

本实用新型的所述电子元件为感性电子元件、容性电子元件或者电阻。在天线的预留空间中加入此类电子元件后，可以改善天线的各种性能。并且通过加入不同参数的电子元件，可以实现天线性能参数的可调。因此，本实用新型的天线在不加入任何元件之前可以是一样的结构，只是通过在不同位置加入不同的电子元件，以及电子元件的参数(电感值、电阻值、电容值)，来实现不同天线的性能参数。即实现了通用性。可以大幅降低生产成本。

本实用新型的所述空间可以是焊盘，也可以是一个空缺。焊盘的结构可以参见普通的电路板上的焊盘。当然，其尺寸的设计根据不同的需要会有所不同。

另外，本实用新型中，第一介质基板与第二介质基板由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。优选地，由高分子材料制成，具体地可以是FR-4、F4B等高分子材料。

本实用新型还提供了一种MIMO天线，所述的MIMO天线由多个上述的天线组成。此处的MIMO即是指多输入多输出。即MIMO天线上的所有单个的天线同时发射，同时接收。MIMO天线可以在不需要增加带宽或总发送功率损耗的前提下大幅度增加系统的信息吞吐量及传输距离。另外本实用新型的MIMO天线还具有很高的隔离度，多个天线之间的抗干扰能力强。

本实用新型的MIMO天线，其每个天线的第一馈线与第二馈线电连接后接入一接收/发射机，所有的接收/发射机均连接到一个基带信号处理器上。

上面结合附图对本实用新型的较佳实施方式进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内.

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，所述天线包括具有两相对侧面的第一介质基板和第二介质基板；所述第一介质基板第一侧面设置有第一金属片以及围绕所述第一金属片设置的第一馈线，与所述第一侧面相对的第二侧面设置有第二金属片以及围绕所述第二金属片设置的第二馈线，所述第一馈线及所述第二馈线均通过耦合方式各自馈入所述第一金属片和所述第二金属片；所述第二介质基板一侧表面与所述第一介质基板第二侧面重合，相对的另一侧表面设置有第三金属片；所述第一馈线与第二馈线电连接，所述第二馈线与所述第三金属片电连接；所述第一金属片上镂空有第一微槽结构以在所述第一金属片上形成第一金属走线，所述第二金属片上镂空有第二微槽结构以在所述第二金属片上形成第二金属走线；所述天线预设有供电子元件嵌入的空间。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述空间设置在第一馈线、第一馈线与第一金属片之间及第一金属片这三个位置的至少一个上。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述空间设置在第二馈线、第二馈线与第二金属片之间及第二金属片这三个位置的至少一个上。

4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述空间设置在第一金属片上的第一金属走线上，或者所述空间设置在第一微槽结构上。

5.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述空间设置在第二金属片上的第二金属走线上，或者所述空间设置在第二微槽结构上。

6.根据权利要求2或3所述的天线，其特征在于，所述电子元件为感性电子元件、容性电子元件或者电阻。

7.根据权利要求2或3所述的天线，其特征在于，所述空间为形成在所述天线上的焊盘。

8.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述感性电子元件电感值的范围在0-5uH之间。

9.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述容性电子元件电容值的范围在0-2pF之间。

10.一种MIMO天线，其特征在于，所述MIMO天线包括多个如权利要求1所述的天线。

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