CN208478566U - 一种小型化高隔离度的mimo天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型化高隔离度的MIMO天线，本实用新型包括两个完全对称分布的双频天线单元及双谐振器、位于接地板上的馈电端口、与所述双谐振器及所述馈电端口均相连的阶梯阻抗匹配网络元、与所述阶梯阻抗匹配网络及所述双频天线单元均相连阶梯阻抗移相单元；所述MIMO天线整体印制在介质基板上。本实用新型的MIMO天线在实现了MIMO天线的小型化同时提高了MIMO天线的辐射效率，在一些天线设备体积受限的场合具有良好的应用前景。

Description

一种小型化高隔离度的MIMO天线

技术领域

本实用新型涉及MIMO天线技术领域，尤其涉及一种小型化高隔离度的MIMO天线。

背景技术

随着智能手机的大范围普及，现阶段世界范围内移动网络用户数量爆发式增长，大部分用户通过WIFI连接网络，随之而来对于WLAN系统要求越来越高，用户数量的急剧增加对于整个WLAN系统的信道容量，可靠性等提出了更高的要求，而传统的单天线系统由于无法获得接近于香农定理的信道容量上限被人们所放弃，相反MIMO(Multiple InputMultiple Output)多输入多输出技术对于解决这一难题效果显著，通过在收发端配置多副天线，将多组同步平行传输的无线信号在接收端叠加，有效的改善了引起信号衰落的多径效应，通过空间复用，实现了在不增加信号发射功率和占用带宽的前提下，提高信道容量和系统可靠性的目的。

对于基站MIMO天线，由于各双频天线单元间间距大于天线工作波长的一半，可以保证双频天线单元间具有较高的隔离度，但对于尺寸受限的设备中，往往为了减小天线所占面积，使得两个双频天线单元间间距过小而产生强烈的互耦，这一现象会严重影响天线的辐射效率，所以在这样的应用场景中，通过使用解耦技术提高双频天线单元间的隔离度具有重大的研究意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于解决MIMO天线小型化时伴随的高耦合低辐射效率的问题，针对现有技术的上述缺陷，提供一种应用于WLAN频段的小型化高隔离度的MIMO天线，通过解耦技术在MIMO天线中的应用，在减小各双频天线单元间间距同时获得较高的隔离度，提高天线辐射效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种小型化高隔离度的MIMO天线包括介质基板和贴在所述介质基板的正下方的接地板，以及完全对称印制在所述介质基板上的两组MIMO天线单元，每组所述MIMO天线单元均包括双频天线单元、阶梯阻抗移相单元、用于产生谐振以隔离两个所述双频天线单元间耦合分量的双谐振器、阶梯阻抗匹配网络和馈电端口；

所述阶梯阻抗匹配网络一端与所述双谐振器连接且另一端与所述馈电端口连接且用于实现所述馈电端口阻抗变换；

所述阶梯阻抗移相单元一端与所述双频天线单元连接且另一端与所述阶梯阻抗匹配网络连接。

优选的，所述双频天线单元为在2.4GHz和5.8GHz产生辐射的微带天线；两个所述双频天线单元之间的间隔距离小于所述双频天线单元工作波长的四分之一。

优选的，所述双频天线单元包括用于产生高频辐射的倒锥形天线、以及与所述倒锥形天线上部连接用于产生低频辐射的倒L形天线。

优选的，所述倒锥形天线设有一个增加低频电流路径长度的倒梯形长槽。

优选的，所述双谐振器为在2.4GHz和5.8GHz产生谐振以隔离掉在工作频段范围内两个所述双频天线单元间的耦合分量的单口双谐振器。

优选的，所述双谐振器为半波长SIR弯曲变形结构设计的开口谐振环。

优选的，所述阶梯阻抗匹配网络包括设置在所述双谐振器与所述馈电端口之间串接在一起的第一SIR变换线和第二SIR变换线。

优选的，所述阶梯阻抗移相单元包括设置在所述双频天线单元和所述阶梯阻抗匹配网络之间串接在一起的第三SIR变换线和第四SIR变换线。

优选的，所述第一SIR变换线为长度5.0mm且宽度2.0mm的微带线；所述第二SIR变换线为长度4.0mm且宽度3.0mm的微带线；所述第三SIR变换线为长度8.6mm且宽度2.8mm的微带线；所述第四SIR变换线为长度8.0mm且宽度3.0mm的微带线。

优选的、所述介质基板为FR4介质基板，所述介质基板的相对介电常数为4.4、损耗角正切值为0.02、长度为60mm、厚度为1.6mm的FR4介质基板。

本实用新型的有益效果是：通过对双频天线单元的结构改进，在高频段，使用倒锥形天线作为辐射天线，获得了较宽的工作频段覆盖；为了减小天线尺寸，在低频段采用弯折L形天线，将其接在倒锥形天线上部。该MIMO天线单元的阶梯阻抗移相单元与双谐振器并联，阶梯阻抗移相单元与阶梯阻抗匹配网络相连，通过双谐振器解耦提高两个天线单元间的隔离度，通过阶梯阻抗匹配网络提高与馈电端口的匹配特性，以此获得在WLAN频段上良好的匹配特性和高隔离度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1为本实用新型的MIMO天线整体结构示意图；

图2为本实用新型的MIMO天线上表面结构示意图；

图3为本实用新型的MIMO天线下表面结构示意图；

图4为在馈电端口6馈电的情况下MIMO天线整体的S参数结果图；

图5为在馈电端口6馈电的情况下MIMO天线整体在2.4GHz工作频点处的辐射方向图；

图6为在馈电端口6馈电的情况下MIMO天线整体在5.8GHz工作频点处的辐射方向图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了实施例的一部分，其中描述了实现本实用新型采用的实施例。应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文所举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本实用新型的范围和实质。

如图1至图3所示，本实用新型提供一种小型化高隔离度的MIMO天线实施例，包括介质基板7和贴在介质基板正下方的接地板2，以及两个完全对称分布印制在介质基板7上的两组MIMO天线单元。具体的，每组MIMO天线单元均包括为双频天线单元5及用于产生谐振以隔离两个双频天线单元5间耦合分量双谐振器1、馈电端口6、阶梯阻抗匹配网络3、阶梯阻抗移相单元4。具体的，馈电端口6位于接地板2上，阶梯阻抗匹配网络3一端与双谐振器1连接且另一端与馈电端口6连接用于实现与馈电端口6的阻抗变换，阶梯阻抗移相单元4一端与双频天线单元5连接且另一端与阶梯阻抗匹配网络3连接对双频天线单元5进行移相。

具体的，双频天线单元5包括一个用于产生高频辐射的倒锥形天线51和一个用于产生低频辐射并连接在倒锥形天线51上的一个倒L形天线52，使双频天线单元5能工作在2.4GHz和5.8GHz双频段；更具体的所述倒锥形天线上51还开有一个用来增加低频电流路径长度的倒梯形长槽53，进一步减小双频天线单元5的体积。

具体的，两个双频天线单元5之间的间隔小于双频天线单元5工作波长的四分之一；更具体的，所述介质基板7为相对介电常数为4.4、损耗角正切值为0.02、长度为60mm、厚度为1.6mm的FR4介质基板。

具体的，双谐振器1采用单口双谐振器，更具体的所述双谐振器1采用半波长SIR弯曲变形结构设计的开口双谐振环，这样有利于减小双谐振器1的体积，双谐振器1能在2.4GHz和5.8GHz产生谐振以隔离掉在工作频段范围内两个双频天线单元5间的耦合分量。

具体的，阶梯阻抗匹配网络3包括设置在双谐振器1与阶梯阻抗移相单元4之间串接在一起的第一SIR变换线31和第二SIR变换线32。具体的，第一SIR变换线31为长度5.0mm且宽度2.0mm的微带线；第二SIR变换线32为长度4.0mm且宽度3.0mm的微带线。

具体的，阶梯阻抗移相单元4包括设置在双频天线单元5和馈电端口6之间串接在一起的第三SIR变换线41和第四SIR变换线42。具体的，第三SIR变换线41为长度8.6mm且宽度2.8mm的微带线；第四SIR变换线42为长度8.0mm且宽度3.0mm的微带线。

图4为本实施例在馈电端口6馈电的情况下所述MIMO天线整体的S参数结果图。从图中可以看出，在WLAN的2.4GHz～2.5GHz和5.7GHz～5.8GHz两个工作频段，表征MIMO天线匹配特性的S11参数在低频端段范围内低于-10dB，最低小于-15dB；在高频段范围内，低于-20dB，最低小于-28dB，说明天线具有良好的匹配特性。从表征MIMO天线隔离度的S21参数可以看出，在低频段S21低于-20dB，在高频段低于-15dB，表示两双频天线单元5在距离极小的情况下仍然具有良好的隔离度。从仿真得到的天线辐射效率低高频分别为0.81、0.84(图中未示出)，也证明了MIMO天线具有良好的匹配特性和很高的隔离度。综上本实用新型的MIMO天线具有良好的应用效果。

图5为本实施例在馈电端口6馈电的情况下MIMO天线在2.4GHz工作频点处的辐射方向图，可以看到MIMO天线在H面辐射图近似于圆形，具有良好的全向辐射效果，E面辐射图呈“8”字形。

图6为本实施例在馈电端口6馈电的情况下MIMO天线在5.8GHz工作频点处的辐射方向图，可以看到MIMO天线在H面辐射图仍然具有良好的全向辐射特性，E面辐射特性呈现出一定的方向性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种小型化高隔离度的MIMO天线，其特征在于，包括介质基板(7)和贴在所述介质基板(7)正下方的接地板(2)，以及完全对称印制在所述介质基板(7)上的两组MIMO天线单元，每组所述MIMO天线单元均包括双频天线单元(5)、阶梯阻抗移相单元(4)、用于产生谐振以隔离两个所述双频天线单元(5)间耦合分量的双谐振器(1)、阶梯阻抗匹配网络(3)和位于所述接地板(2)上的馈电端口(6)；

所述阶梯阻抗匹配网络(3)一端与所述双谐振器(1)连接且另一端与所述馈电端口(6)连接且用于实现所述馈电端口(6)阻抗变换；

所述阶梯阻抗移相单元(4)一端与所述双频天线单元(5)连接且另一端与所述阶梯阻抗匹配网络(3)连接。

2.根据权利要求1所述的小型化高隔离度的MIMO天线，其特征在于，所述双频天线单元(5)为在2.4GHz和5.8GHz产生辐射的微带天线；

两个所述双频天线单元(5)之间的间隔距离小于所述双频天线单元(5)工作波长的四分之一。

3.根据权利要求2所述的小型化高隔离度的MIMO天线，其特征在于，所述双频天线单元(5)包括用于产生高频辐射的倒锥形天线(51)、以及与所述倒锥形天线(51)上部连接用于产生低频辐射的倒L形天线(52)。

4.根据权利要求3所述的小型化高隔离度的MIMO天线，其特征在于，所述倒锥形天线(51)设有一个增加低频电流路径长度的倒梯形长槽(53)。

5.根据权利要求1所述的小型化高隔离度的MIMO天线，其特征在于，所述双谐振器(1)为在2.4GHz和5.8GHz产生谐振以隔离掉在工作频段范围内两个所述双频天线单元(5)间的耦合分量的单口双谐振器。

6.根据权利要求5所述的小型化高隔离度的MIMO天线，其特征在于，所述双谐振器(1)为半波长SIR弯曲变形结构设计的开口谐振环。

7.根据权利要求1所述的小型化高隔离度的MIMO天线，其特征在于，所述阶梯阻抗匹配网络(3)包括设置在所述双谐振器(1)与所述馈电端口(6)之间串接在一起的第一SIR变换线(31)和第二SIR变换线(32)。

8.根据权利要求7所述的小型化高隔离度的MIMO天线，其特征在于，所述阶梯阻抗移相单元(4)包括设置在所述双频天线单元(5)和所述阶梯阻抗匹配网络(3)之间串接在一起的第三SIR变换线(41)和第四SIR变换线(42)。

9.根据权利要求8所述的小型化高隔离度的MIMO天线，其特征在于，

所述第一SIR变换线(31)为长度5.0mm且宽度2.0mm的微带线；

所述第二SIR变换线(32)为长度4.0mm且宽度3.0mm的微带线；

所述第三SIR变换线(41)为长度8.6mm且宽度2.8mm的微带线；

所述第四SIR变换线(42)为长度8.0mm且宽度3.0mm的微带线。

10.根据权利要求1所述的小型化高隔离度的MIMO天线，其特征在于，所述介质基板(7)为FR4介质基板，所述介质基板(7)的相对介电常数为4.4、损耗角正切值为0.02、长度为60mm、厚度为1.6mm的FR4介质基板。