CN202633501U - 一种宽频带紧凑型平面两天线系统 - Google Patents

Abstract

一种宽频带紧凑型平面两天线系统，属移动终端多天线技术领域。该系统包括：介质板，第一微带馈线（1）和第二微带馈线（2），第一折叠单极子结构(3)和第二折叠单极子结构（5)构成的辐射天线单元a，第三折叠单极子结构（4）和第四单折叠极子结构（6）构成的辐射天线单元b，左半地枝的变形的倒L形结构（7），右半地枝的变形的倒L形结构（8），T形地枝结构（9），金属地（10）。辐射天线单元a、b位于印刷电路板的正面；第一微带馈线（1）和第二微带馈线（2）位于印刷电路板的正面、在主地面的上方；金属地（10）位于印刷电路板背面。本实用新型具有宽频带、低互耦、低成本、易制作、易集成、角度分集，适用于无线通信移动终端的特点。

Description

一种宽频带紧凑型平面两天线系统

技术领域：

本实用新型涉及一种宽频带紧凑型平面两天线系统，属移动终端多天线技术领域。 

背景技术：

随着移动无线通信技术的飞快发展, 对大容量的信息传输要求越来越高。20世纪90年代贝尔实验室的研究者们将多输入多输出（MIMO）这个概念应用到无线通信传输系统中后,从实际的测试平台上证明了多输入多输出(MIMO)能够有数十倍甚至百倍的提高无线通信系统中的容量和频谱利用率的作用，且在多输入多输出（MIMO）的多天线系统中，天线分集技术作为一种通过降低多径衰落和信道内干扰来增强无线通信系统性能的手段而被广泛采用。 

在当今天研究中，适用于多输入多输出（MIMO）系统中移动终端的多天线形式多为多根单极化天线的类型。另外，移动终端设备的小型化发展，使得多天线单元间距持续减小，天线单元间的互耦也成为影响多输入多输出（MIMO）系统中天线问题的重要因素。现在，在一个蜂窝通信系统中，在基站端很容易实现让天线彼此距离数个波长。但是，为了提高无线下行信号的质量，在终端需要一个以上的天线。在移动通信终端中，如何在其有限空间中安装两个以上天线是一个公认的难点。 

作为小型化、集成化的天线主角，微带贴片天线以其三维结构的灵活性而受到了各种不同设计目标的全方位开发。然而，相对带宽较窄是微带贴片天线的主要缺点。目前扩展微带贴片天线带宽的方法有很多种，但是这些方法大多都是以增加制造复杂度（如分型技术）或者减小天线其他性能（如采用更厚的介质板，降低了天线的效率）为代价。 

对于小尺寸的移动终端，由于天线单元之间的距离很小，空间、极化分集的作用有限，通常天线单元之间的互耦很大，使得天线的效率降低，从而降低通信系统的容量。因此，如果设计出结构紧凑、易集成 、支持多输入多输出（MIMO）功能并适用于移动通信终端特别是小尺寸移动终端的多天线结构，将使多天线技术应用于手持终端成为可能。 

经文献检索，未见与本实用新型相同的公开报道。 

实用新型内容：

本实用新型的目的在于克服了现有技术之不足，而提供一种宽频带紧凑型平面两天线系统。 

本实用新型的宽频带紧凑型平面两天线系统，通过对天线单元位置的对称排列和天线的金属地进行联合设计，减小天线单元之间的相关性、减小天线单元之间的互耦，从而提高天线的效率和增加通信系统的容量；同时利用了天线的空间和角度分集技术；采用平面结构，使天线与通信系统易于集成；采用普通的数字电路的电路板（PCB, Printed Circuit Board）加工工艺，使天线的成本大大降低。本实用新型不仅能用于MIMO通信，也能用于普通无线通信。 

本实用新型的印制在印刷电路板上的宽频带紧凑型平面两天线系统，包括：介质板，第一微带馈线（1），第二微带馈线（2），第一折叠单极子结构(3)和第二折叠单极子结构（5)构成的辐射天线单元a，第三折叠单极子结构（4）和第四折叠单极子结构（6）构成的辐射天线单元b，左半地枝的变形的倒L形结构（7），右半地枝的变形的倒L形结构（8），T形地枝结构（9），金属地（10）；其中： 

介质板是一块印刷电路板，呈矩形； 

辐射天线单元a及相应的第一微带馈线（1）和辐射天线单元b及相应的第二微带馈线（2），印制在所述印刷电路板的正面；所述的辐射天线单元a与辐射天线单元b形式一样，都是G型单极子天线单元，辐射天线单元a及相应的第一微带馈线（1）和辐射天线单元b及相应的第二微带馈线（2）相对于所述的印刷电路板的纵轴对称； 

金属地（10）印制在所述印刷电路板背面，包括用于模拟无线通信系统移动终端中除天线外的其他部分的矩形金属部分，左半地枝的变形的倒L形结构（7）、右半地枝的变形的倒L形结构（8）作为容性馈电的背靠背放置的PIFA天线，从而增加谐振频点扩展带宽，以及用来减小天线之间互耦的T形地枝结构（9）。 

本实用新型具有宽频带、多频段、结构紧凑、易集成、低互耦、支持多输入多输出（MIMO）功能，适用于移动通信终端特别是小尺寸移动终端的多天线结构的特点，而且采用普通数字电路制造工艺，制造工艺简单，成本低。 

附图说明：

图1为本实用新型提供的一种用于移动终端的宽频带紧凑型平面两天线系统三维图。 

图2为图1的A向视图即纵向剖面图。 

图3为图1的B向视图即天线单元和馈线的结构图。 

图4为图1的C向视图即金属地的结构图。 

图5为本实用新型宽频带紧凑型两天线系统的辐射天线单元结构实施实例尺寸图（B向视图，左右对称结构），单位均为毫米（mm）。 

图6为本实用新型宽频带紧凑型平面两天线系统的结构实施实例尺寸图（C向视图，左右对称结构），单位均为毫米（mm）。 

图7为图5、图6的实施实例的宽频带紧凑型平面两天线系统的测量的单元反射系数（S参数）图。 

图8为图5、图6的实施实例的宽频带紧凑型平面两天线系统的测量的单元之间耦合系数（S参数）图。 

图9a-图9d为图5实施实例的宽频带紧凑型平面两天线系统中一个天线单元接2.4GHz的激励，另一个天线单元接50欧姆的匹配负载时，在E面和H面的增益方向图：图9-a和图9-b为天线单元a接2.4GHz激励，天线单元b接匹配负载时在E面、H面的方向图；图9-c和图9-d为天线单元b接2.4GHz激励，天线单元a接匹配负载时在E面、H面的方向图。 

具体实施方式：

本实用新型提供了一种用于无线通信的宽频带紧凑型平面两天线系统，其三维结构示意图如图1所示。整个天线结构印制在印刷电路板的两个面上，包括：介质板，第一微带馈线（1）和第二微带馈线（2），第一折叠单极子结构(3)和第二折叠单极子结构（5)构成的辐射天线单元a，第三折叠单极子结构（4）和第四折叠单极子结构（6）构成的辐射天线单元b，左半地枝的变形的倒L形结构（7），右半地枝的变形的倒L形结构（8），T形地枝结构（9），金属地（10）；其中： 

两个辐射天线单元a、b左右镜像对称且尺寸相同，每个辐射天线单元 由两个折叠单极子结构构成（第一折叠单极子结构(3)和第二折叠单极子结构（5)构成的辐射天线单元a，第三折叠单极子结构（4）和第四折叠单极子结构（6）构成的辐射天线单元b）；其中辐射天线单元a的第一折叠单极子结构(3)用于构成一个较长的电流路径，实现天线的低频谐振，而由第二折叠单极子结构（5)的较短电流路径实现天线的高频谐振。金属地10如图4所示，包括用来模拟无线通信系统移动终端中除天线外的其它部分的矩形金属部分，变形的双倒L形结构7和8，T形地枝9，其中T形结构9与主地板一起分别在辐射天线单元a和b的背面形成一个窄缝隙，该结构类似于缝隙天线，能将地板上电流所携带的能量以辐射的方式消耗掉，从而减小各个辐射天线单元之间的地电流耦合，增加辐射天线单元的辐射效率；倒L结构7和8通过调整其长度来分别控制辐射天线单元a和b的谐振带宽。 

所述的宽频带紧凑型平面两天线系统的辐射天线单元a和b和其对应第一微带馈线（1）和第二微带馈线（2）（馈线阻抗应为50欧姆，以满足阻抗匹配条件，采用微带线馈电，或采用其它方式馈电，馈线的长度根据馈电点与电源的位置调整；图中所示为微带线馈电）印制在PCB的正面上部的两侧；天线的金属地10印制在PCB的另一个面上；两个面的相对位置如图3所示（图3中的线框部分为PCB板及金属地结构在图所示结构所在面上的投影）。 

本实用新型的技术方案是这样实现的：首先一个单极子折叠天线单元为1/4波长谐振模式，因此根据工作频段选取合适的天线单元尺寸；然后另一个单极子折叠天线单元亦为1/4波长谐振模式，通过调整谐振路径，将两个谐振点合并，实现拓宽所设计宽频带紧凑型平面两天线系统带宽的目的。 

为了说明本实用新型提供的用于MIMO通信系统移动终端的宽频带紧凑型平面两天线系统的性能，下面给出一个具体实例： 

在本例中，采用介质基片厚度为1.6mm、相对介电常数为4.4，各部分尺寸如图5、图6所示，图中所有尺寸的单位均为毫米（mm）。 

以图5、图6所示尺寸实测的宽频带紧凑型平面两天线系统的单元反射系数S11（由于宽频带紧凑型两天线系统左右镜像对称，所以S22和S11相等，这里略去S22）如图7所示；实测的宽频带紧凑型平面两天线系统的单元之间耦合系数S21如图8所示。由图7看出，单元反射系数S11的-10dB阻抗频带为1700~2900MHz；由图8看出，在1700~2900MHz内，单元之间耦合系数S21均不 低于-15dB；则以S11<-10dB且S21<-15dB定义的天线系统工作频带为1700~2900MHz，覆盖了GSM(1.710-2170MHz)、DCS(1710-1880MHz)、PCS(1850-1990MHz)、PHS(1880-1930MHz)、UMTS(1920-2170MHz)和WLAN(2400-2484MHz)频段。另外，如图9所示，通过实测的增益方向图看出，工作在1700~2900MHz时，宽频带紧凑型平面两天线系统左右两个单元的增益方向图基本互补，能够实现方向图分集，满足MIMO通信系统对移动终端多天线的要求。 

Claims (1)

1.一种宽频带紧凑型平面两天线系统，其特征在于印制在印刷电路板上的宽频带紧凑型平面两天线系统，包括：介质板，第一微带馈线（1），第二微带馈线（2），第一折叠单极子结构(3)和第二折叠单极子结构（5)构成的辐射天线单元a，第三折叠单极子结构（4）和第四折叠单极子结构（6）构成的辐射天线单元b，左半地枝的变形的倒L形结构（7），右半地枝的变形的倒L形结构（8），T形地枝结构（9），金属地（10）；其中：

介质板是一块印刷电路板，呈矩形；

辐射天线单元a及相应的第一微带馈线（1）和辐射天线单元b及相应的第二微带馈线（2），印制在所述印刷电路板的正面；所述的辐射天线单元a与辐射天线单元b形式一样，都是G型单极子天线单元，辐射天线单元a及相应的第一微带馈线（1）和辐射天线单元b及相应的第二微带馈线（2）相对于所述的印刷电路板的纵轴对称；

金属地（10）印制在所述印刷电路板背面，包括用于模拟无线通信系统移动终端中除天线外的其他部分的矩形金属部分，左半地枝的变形的倒L形结构（7）、右半地枝的变形的倒L形结构（8）作为容性馈电的背靠背放置的PIFA天线，从而增加谐振频点扩展带宽，以及用来减小天线之间互耦的T形地枝结构（9）。 

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