CN202127087U - 一种天线及具有该天线的mimo天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天线，包括第一介质基板和第二介质基板，第一介质基板具有相对的第一表面和第二表面，第一表面设置有第一金属片及第一馈线，第二表面设置有第二金属片及第二馈线，第一馈线和第二馈线以耦合方式分别馈入第一金属片和第二金属片；第一馈线和第二馈线电连接；第二介质基板与第一介质基板第二表面相对的一侧表面设置有第三金属片，第三金属片与第二馈线电连接；第一金属片与第二金属片上分别镂刻有第一微槽结构和第二微槽结构。本实用新型通过多层金属片的设置，有效扩大馈线的辐射面积，使得天线工作在低频时，仍然具有较小尺寸与良好性能。同时本实用新型还公开一种包括上述天线的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

本实用新型涉及无线通信领域，尤其涉及一种用于无线通信领域的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。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种使天线在低频工作时仍能保证其小型化的天线以及具有该天线的MIMO天线。 

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种天线，其包括相互紧靠的第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有第一金属片以及第一馈线，所述第二表面上设置有第二金属片以及第二馈线，所述第一馈线和所述第二馈线以耦合方式分别馈入所述第一金属片和所述第二金属片；所述第一馈线和所述第二馈线电连接；所述第二介质基板与所述第一介质基板第二表面相对的一侧表面设置有第三金属片，所述第三金属片与所述第二馈线电连接；所述第一金属片与第二金属片上分别镂刻有第一微槽结构和第二微槽结构。 

进一步地，所述第一介质基板与所述第二介质基板由陶瓷材料、高分子材料、铁氧材料或铁磁材料制成。 

进一步地，所述第一微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种。 

进一步地，所述第二微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种。 

进一步地，所述第一微槽结构和所述第二微槽结构通过蚀刻、钻刻、蚀刻、 钻刻、光刻、电子刻、离子刻镂空于所述第一金属片与第二金属片之上。 

进一步地，所述第一馈线和所述第二馈线通过设置于所述第一介质基板的金属化通孔电连接。 

进一步地，所述第二馈线和所述第三金属片通过设置于所述第二介质基板的金属化通孔电连接。 

进一步地，所述第一馈线和所述第一金属片之间还包括可短接点，所述第一馈线通过所述可短接点以感性耦合方式馈入所述第一金属片。 

进一步地，所述第二馈线和所述第二金属片之间还包括可短接点，所述第二馈线通过所述可短接点以感性耦合方式馈入所述第二金属片。 

本实用新型还提供一种MIMO天线，其包括多个权利要求1所述的天线。 

本实用新型通过多层金属片的设置，有效扩大馈线的辐射面积，使得天线工作在低频时，仍然具有较小的尺寸与良好的性能。同时本实用新型还公开一种包括上述天线的MIMO天线，该MIMO天线具有高隔离度。 

附图说明

图1为本实用新型天线第一介质基板A面视图结构示意图； 

图2为本实用新型天线第一介质基板B面视图结构示意图； 

图3为本实用新型天线第二介质基板结构示意图； 

图4a为互补式开口谐振环结构的示意图； 

图4b所示为互补式螺旋线结构的示意图； 

图4c所示为开口螺旋环结构的示意图； 

图4d所示为双开口螺旋环结构的示意图； 

图4e所示为互补式弯折线结构的示意图； 

图5a为图4a所示的互补式开口谐振环结构其几何形状衍生示意图； 

图5b为图4a所示的互补式开口谐振环结构其扩展衍生示意图； 

图6a为三个图4a所示的互补式开口谐振环结构的复合后的结构示意图； 

图6b为两个图4a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7为四个图4a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

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的描述： 

如图1至图3所示，本实用新型天线包括第一介质基板1与第二介质基板2，第一介质基板1具有两相对的A面与B面。A面设置有第一金属片10，部分围绕第一金属片10设置的第一馈线11，在第一金属片10上镂刻而成的第一微槽结构12；B面对应于A面设置有第二金属片100，部分围绕第二金属片100设置的第二馈线101，在第二金属片100上镂刻而成的第二微槽结构102。第二介质基板2设置于第一介质基板下方并且第二介质基板2一侧表面与第一介质基板1的B面紧密接触，相对的另一侧表面设置有第三金属片1000。 

第一馈线11与第二馈线101均通过耦合方式各自馈入第一微槽结构12与第二微槽结构102。耦合方式可为感性耦合方式亦可为容性耦合方式。当采用感性耦合方式时，第一馈线11与第一微结构12、第二馈线101与第二微槽结构102之间存在可短接点以连接二者；当采用容性耦合方式时，第一馈线11与第一微结构12、第二馈线101与第二微槽结构102之间相互不接触，而是两者相对的部分构成耦合电容使得二者形成容性耦合。 

第一微槽结构12与第二微槽结构102可以是图4a所示的互补式开口谐振环结构、图4b所示的互补式螺旋线结构、图4c所示的开口螺旋环结构、图4d所示的双开口螺旋环结构、图4e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4a至图4e的基础上开设新的槽以形 成新的微槽结构；以图4a所示的互补式开口谐振环结构为例，图5a为其几何形状衍生示意图，图5b为其几何形状衍生示意图。此处的复合是指，图4a至图4e的微槽结构多个叠加形成一个新的微槽结构，如图6a所示，为三个图4a所示的互补式开口谐振环结构复合后的结构示意图；如图6b所示，为两个图4a所示的互补式开口谐振环结构与图4b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4a至图4e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7所示，为多个如图4a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12与第二微槽结构102均以图4c所示的开口螺旋环结构为例阐述。 

在第一金属片10与第二金属片100上镂刻形成第一微槽结构12和第二微槽结构102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。 

下面详细论述本实用新型解决技术问题的详细技术方案。 

本实用新型天线第一介质基板1和第二介质基板2上设置有第一金属片10、第一馈线11、第二金属片100、第二馈线101。第一馈线11与第二馈线101通过金属化通孔3相互连接。 

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100，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100可以连接，也可以不连接。在 第一金属片10与第二金属片100不连接的情况下，第一金属片10与第二金属片100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100的谐振。在第一金属片10与第二金属片100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100之间通过感性耦合的方式馈电。 

第二方面，设置于第二介质基板2的第三金属片1000与设置于第一介质基板B面的第二金属片100耦合，并对第二金属片100上形成的第二微槽结构102耦合馈电。第二介质基板2上形成有金属化通孔4，金属化通孔4可以与第一介质基板上的金属化通孔3在一垂直面上也可相互错开。金属化通孔4电连接第二馈线101与第三金属片1000。第三金属片1000耦合馈电的面积易于调节，针对不同的工作频段只需简单的调整第三金属片1000的耦合馈电面积即可。 

本实用新型还提供一种包括多个上述天线的多输入多输出(MIMO)天线，该MIMO天线中每一第一馈线和每一第二馈线均接入一发射/接收机，所有的发射/接收机连接于基带信号处理器。 

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，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：包括相互紧靠的第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有第一金属片以及第一馈线，所述第二表面上设置有第二金属片以及第二馈线，所述第一馈线和所述第二馈线以耦合方式分别馈入所述第一金属片和所述第二金属片；所述第一馈线和所述第二馈线电连接；所述第二介质基板与所述第一介质基板第二表面相对的一侧表面设置有第三金属片，所述第三金属片与所述第二馈线电连接；所述第一金属片与第二金属片上分别镂刻有第一微槽结构和第二微槽结构。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第一介质基板与所述第二介质基板由陶瓷材料、高分子材料、铁氧材料或铁磁材料制成。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第一微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第二微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种。

5.如权利要求1或3或4所述的天线，其特征在于：所述第一微槽结构和所述第二微槽结构通过蚀刻、钻刻、蚀刻、钻刻、光刻、电子刻、离子刻镂空于所述第一金属片与第二金属片之上。

6.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第一馈线和所述第二馈线通过设置于所述第一介质基板的金属化通孔电连接。

7.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第二馈线和所述第三金属片通过设置于所述第二介质基板的金属化通孔电连接。

8.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第一馈线和所述第一金属 片之间还包括可短接点，所述第一馈线通过所述可短接点以感性耦合方式馈入所述第一金属片。

9.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第二馈线和所述第二金属片之间还包括可短接点，所述第二馈线通过所述可短接点以感性耦合方式馈入所述第二金属片。

10.一种MIMO天线，其特征在于：包括多个权利要求1所述的天线。 

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