CN205960212U - 基于谐振环去耦结构的多天线mimo系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，其特征在于：包括地板、天线、镂空槽、第一去耦结构、第二去耦结构和馈电点；其中，天线设置在地板边缘的镂空槽上，通过镂空槽上的凸出的馈电点焊接在地板上；第一去耦结构和第二去耦结构结构相同，都为在地板上两天线之间的谐振环，包括：凹型谐振环，第一L型谐振环和第二L型谐振环，凹型谐振环一端与第一L型谐振环相连、凹型谐振环另一端与第二L型谐振环相连。本实用新型解决了多天线系统应用在小型手持终端中隔离度差的问题，使谐振环去耦结构发挥最大作用，双环叠加，扩宽了谐振环的带宽，有效提高了MIMO系统的隔离度，适用于多天线系统。
Description
技术领域
本发明属于手持终端天线技术领域，适用于5G通讯系统，特别涉及一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统。
背景技术
目前手持终端的尺寸朝着小型化、便携式的方向发展，在终端尺寸不断缩小的情况下，仍要提升终端的性能，这就给硬件工程师留下了许多难题。作为终端与外界沟通的唯一桥梁的天线首当其冲。天线性能的好坏往往决定了通信质量的优劣。近年来，无线电业务增长迅速，而无线频谱资源是有限的，已有的频谱资源已不能满足社会的需求，开发探讨新的频谱资源迫在眉睫。本设计是基于WRC-15大会给出的5G通讯系统未来使用的频率4.8GHz-4.99GHz设计的十MIMO系统，为未来5G通讯提供了可行方案。
众所周知，信系统容量与发送、接收天线的最小个数成正比，即增加天线数量可以提高系统容量，然而多天线系统势必会造成天线之间的干扰增强。这使得天线去耦工作变得尤为重要。目前主要方法有通过天线本身的辐射方向图来调整天线间隔离度，即通过改变天线本身参数来优化，而天线的性能参数往往都是相互关联的，牵一发而动全身，且受基板尺寸影响，很难仅仅通过调节天线本身获得理想的隔离度。这就需要第二种方法即增加额外的去耦结构。
去耦结构设计的好坏决定了能否使天线性能得到充分的发挥。文献[1]采用了一种蘑菇型的突出地结构,但是这种去耦结构的缺点是，需要去耦结构两边是净空区域，也就是不能有地，所以适用性不强。文献[2]采用一种突出地枝节辅助与开槽相结合的方式去耦，同样需要合适的净空区域，如果都是地，则无法正常工作。
[1]J.H. Chou, H. J. Li, D.B. Lin, C.Y. Wu, “A novel LTE MIMO antennawith decoupling element for mobile phone application,” 2014 InternationalSymposium on Electromagnetic Compatibility, Tokyo (EMC'14/Tokyo) , pp. 697-700, 2014.
[2]H. Huang, Y. Liu, S.X. Gong, “Four antenna MIMO system withcompact radiator for mobile terminals,” Microwave and Optical TechnologyLetters,vol.57, no.6, pp. 1281-1286,2015。
发明内容
针对上述问题，本发明将谐振环等效成一个LC滤波电路，通过改进谐振环的结构，使之发挥最大作用；并且双环叠加，扩宽了谐振环的带宽，有效提高了MIMO系统的隔离度，适用于多天线系统，从而解决了多天线系统应用在小型手持终端中隔离度差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，包括地板、天线、镂空槽、第一去耦结构、第二去耦结构和馈电点；
前述天线设置在地板边缘的镂空槽内，通过馈电点焊接在地板上；
前述第一去耦结构和第二去耦结构结构相同，都为蚀刻在地板上两天线之间的谐振环，包括：凹型谐振环、第一L型谐振环和第二L型谐振环，凹型谐振环一端与第一L型谐振环相连、凹型谐振环另一端与第二L型谐振环相连。
前述天线至少为2个，所述第一去耦结构和第二去耦结构至少有1组。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用了多天线的设计，大大增加了系统容量。改进型谐振环具有适用性强，调节方便的特点；
2、将谐振环蚀刻在天线之间的地板上，调节其位置和谐振环相关参数，就能找到合适的谐振点，来提高隔离度；
3、本发明通过将谐振环进行弯折延长，使得等效电容增大，谐振点偏向低频，同等情况下缩小了谐振环尺寸，节省了基板空间；
4、通过使用两个谐振环，将两个谐振错位摆放，使得两个谐振环产生的频带组合，扩宽了带宽，有效改善了谐振环带宽窄的问题；
5、该天线单元为长6mm的“L”型枝条，设计简单，尺寸小，通过开5mm*5mm的槽，使天线获得了很好的匹配。完全能覆盖5G的工作带宽4.8-4.99GHz；
6、该去耦结构以谐振环为原型，通过改进谐振环本身的结构，使之尺寸更小，通过合理布置谐振环位置能达到很好的去耦效果。相比普通谐振环，该改进型谐振环尺寸更小，节省空间，适合用于实际的天线去耦。
7、相比现有去耦结构，该结构可移植性强，调节方便，可适用于其他多天线系统的去耦。可根据实际情况通过叠加，增加谐振环的个数来扩宽带宽。
8、两天线加去耦结构到10天线加去耦结构并非简单的复制，10天线系统加去耦结构需要对系统进行整体调试，这种改进型的谐振环能取得突出的效果，且对天线原有反射系数影响小，说明其适应性相比普通的谐振环经过简单弯折更强。
附图说明
图1是本发明基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统的立体图；
图2是本发明的谐振环去耦结构与天线的相对位置；
图3本发明的谐振环去耦结构的结构图；
图4是本发明多天线MIMO系统实施例的立体图的尺寸图；
图5是本发明多天线MIMO系统实施例的谐振环去耦结构相对位置及结构图的尺寸图；
图6是本发明多天线MIMO系统实施例不加谐振环天线的反射系数；
图7是本发明多天线MIMO系统实施例加谐振环天线后的反射系数；
图8是本发明多天线MIMO系统实施例不加谐振环天线的隔离度波形图；
图9是本发明多天线MIMO系统实施例加谐振环天线后的隔离度波形图；
图10是本发明多天线MIMO系统实施例的4.9GHz处XZ面方向图；
图11是本发明多天线MIMO系统实施例的4.9GHz处YZ面方向图。
其中：1-地板，2-天线，3-镂空槽，4-第一去耦结构，5-第二去耦结构，6-馈电点，41-凹型谐振环，42-第一L型谐振环，43-第二L型谐振环。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-3所示，一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，包括地板1、天线2、镂空槽3、第一去耦结构4、第二去耦结构5和馈电点6；
其中，所述天线2设置在地板1边缘的镂空槽3内，通过馈电点6焊接在地板1上；
其中，所述第一去耦结构4和第二去耦结构5结构相同，都为蚀刻在地板上两天线之间的谐振环，包括：凹型谐振环41、第一L型谐振环42和第二L型谐振环43，凹型谐振环41一端与第一L型谐振环42相连、凹型谐振环41另一端与第二L型谐振环43相连。
前述凹型谐振环41的两端向内弯折，与凹型谐振环41一端相连的第一L型谐振环42的弯折部在凹型谐振环41内部；与凹型谐振环41另一端相连的第二L型谐振环43的弯折部在凹型谐振环41外部。
前述第一L型谐振环42与凹型谐振环41相连一侧与第二L型谐振环43与凹型谐振环41相连一侧平行，第一L型谐振环42的竖直段与第二L型谐振环43的竖直段平行。
前述第一L型谐振环42长度为3mm，与凹型谐振环41相连一侧长1mm，竖直段长2mm；第二L型谐振环43长度为2.5mm，与凹型谐振环41相连一侧长1mm，竖直段长1.5mm。
前述第一去耦结构4和第二去耦结构5的开口方向一致、平行放置、相互错开2mm，第一去耦结构4和第二去耦结构5相对的的凹型谐振环41两侧相隔1mm。
前述天线2至少为2个，所述第一去耦结构4和第二去耦结构5至少有1组。
前述地板为覆铜膜的FR4基板。
前述地板1长宽高尺寸为140mm*70mm*1mm，镂空槽3尺寸为5mm*5mm。
前述天线2为6mm长的L型单极子天线，与馈电点6连接的一端为3.5mm，另一端为2.5mm。
如图4-5所示为本发明一个具体实施例的尺寸标示图，具体尺寸如图所示。如图6-11为前述具体实施例的实验仿真结果图。
本具体实施例天线采用10个长约6mm的“L”型单级子天线组成MIMO系统，并通过开5mm*5mm的方形槽，使天线在4.5GHz-5.5GHz达到很好的匹配，完全覆盖了工作频段4800MHz-4990MHz，如图5所示。为此天线系统设计了一款改进型的谐振环去耦结构，将谐振环开口处延长并做弯折处理，增长了谐振环长度，同时，开口处枝条呈现相互呼应的状态，增大了谐振环的等效电容。因此，同等尺寸下，改进型谐振环谐振点频率更低，尺寸更小。图6、图7对比表明谐振环的加入对天线反射系数影响小，天线仍能保持-10dB带宽的标准；图8、图9隔离度对比可知，谐振环的加入对隔离度的改善是明显的：加环前天线隔离度大于7dB，加环后大于11.3dB，至少提高4.3dB，谐振点处提高超过20dB。地板为FR4基板下镀了层铜模。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，其特征在于：包括地板（1）、天线（2）、镂空槽（3）、第一去耦结构（4）、第二去耦结构（5）和馈电点（6）；
其中，所述天线（2）设置在地板（1）边缘的镂空槽（3）内，通过馈电点（6）焊接在地板（1）上；
其中，所述第一去耦结构（4）和第二去耦结构（5）结构相同，都为在地板上两天线之间的谐振环，包括：凹型谐振环（41）、第一L型谐振环（42）和第二L型谐振环（43），凹型谐振环（41）一端与第一L型谐振环（42）相连、凹型谐振环（41）另一端与第二L型谐振环（43）相连。
2.根据权利要求1所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，其特征在于：所述凹型谐振环（41）的两端向内弯折，与凹型谐振环（41）一端相连的第一L型谐振环（42）的弯折部在凹型谐振环（41）内部；与凹型谐振环（41）另一端相连的第二L型谐振环（43）的弯折部在凹型谐振环（41）外部。
3.根据权利要求2所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，其特征在于：所述第一L型谐振环（42）与凹型谐振环（41）相连一侧与第二L型谐振环（43）与凹型谐振环（41）相连一侧平行，第一L型谐振环（42）的竖直段与第二L型谐振环（43）的竖直段平行。
4.根据权利要求3所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，其特征在于：所述第一L型谐振环（42）长度为3mm，与凹型谐振环（41）相连一侧长1mm，竖直段长2mm；第二L型谐振环（43）长度为2.5mm，与凹型谐振环（41）相连一侧长1mm，竖直段长1.5mm。
5.根据权利要求4所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，其特征在于：所述第一去耦结构（4）和第二去耦结构（5）的开口方向一致、平行放置、相互错开2mm，第一去耦结构（4）和第二去耦结构（5）相对的的凹型谐振环（41）两侧相隔1mm。
6.根据权利要求1所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，其特征在于：所述天线（2）至少为2个，所述第一去耦结构（4）和第二去耦结构（5）至少有1组。
7.根据权利要求1所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，其特征在于：所述地板为覆铜膜的FR4基板。
8.根据权利要求1所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，其特征在于：所述地板（1）长宽高尺寸为140mm*70mm*1mm，镂空槽（3）尺寸为5mm*5mm。
9.根据权利要求1所述的基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，其特征在于：所述天线（2）为6mm长的L型单极子天线，与馈电点（6）连接的一端为3.5mm，另一端为2.5mm。
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