CN212062692U

CN212062692U - 天线隔离器及天线装置

Info

Publication number: CN212062692U
Application number: CN202020132789.7U
Authority: CN
Inventors: 欧阳鋆
Original assignee: TP Link Technologies Co Ltd
Current assignee: TP Link Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2030-01-20

Abstract

本实用新型涉及天线技术领域，公开了一种天线隔离器及天线装置，其中，天线隔离器包括介质基板，介质基板上设有至少一个超材料单元，每一超材料单元均包括金属贴片，金属贴片具有至少一个环形缝隙，当环形缝隙为多个时，多个环形缝隙在金属贴片的中部往金属贴片的周侧的方向上依次间隔分布，且多个环形缝隙均包围金属贴片的一点，其中，一个环形缝隙对应一个阻带，不同环形缝隙可以在不同频段产生阻带，以实现不同频段的隔离，在使用时，将天线隔离器设于相邻两个天线辐射体之间，从而利用超材料单元的谐振特性，在特定的频段内产生阻带，以阻碍天线辐射体之间电磁波的传播，从而减小了耦合电场，因此提升了天线之间的隔离度。

Description

天线隔离器及天线装置

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，特别是涉及一种天线隔离器及天线装置。

背景技术

MIMO技术是指在发射端和接收端分别使用多个天线，从而实现多发多收，其提升了信道容量，同时改善了通信质量，其是下一代移动通信、无线通信的核心技术。但是，MIMO天线间耦合强烈，从而导致干扰较大，因此，提升天线之间的隔离度是设计MIMO天线的关键技术。传统的去耦方式是通过增加隔离槽等方法阻断地板上的耦合电流，但破坏了地板的完整性，从而影响了天线的辐射性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种天线隔离器及天线装置，其能够提升天线之间的隔离度。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种天线隔离器，包括介质基板，所述介质基板上设有至少一个超材料单元，每一所述超材料单元均包括金属贴片，所述金属贴片具有至少一个环形缝隙，当所述环形缝隙为多个时，多个所述环形缝隙在所述金属贴片的中部往所述金属贴片的周侧的方向上依次间隔分布，且多个所述环形缝隙均包围所述金属贴片的一点。

作为优选方案，所述介质基板包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面和/或所述第二表面上设有所述超材料单元；

或者，所述介质基板为多层板结构，所述介质基板的各个层均设有所述超材料单元。

作为优选方案，当所述超材料单元为多个时，多个所述超材料单元依次排列在所述介质基板上，相邻两个所述超材料单元之间形成第一缝隙。

作为优选方案，所述金属贴片为对称结构。

作为优选方案，所述金属贴片为方形结构或圆形结构。

作为优选方案，所述环形缝隙为对称结构。

作为优选方案，所述环形缝隙为圆环结构或方环结构或蛇形环结构或雪花型环结构。

作为优选方案，所述环形缝隙的外周长等于所述环形缝隙的工作频率的1个波导波长。

作为优选方案，所述金属贴片具有两个所述环形缝隙，两个所述环形缝隙分别为低频环形缝隙和高频环形缝隙，所述低频环形缝隙包围所述高频环形缝隙，所述低频环形缝隙的宽度小于所述高频环形缝隙的宽度。

为了解决相同的技术问题，本实用新型还提供一种天线装置，包括天线基板和至少两个天线辐射体，所述至少两个天线辐射体设于所述天线基板上，相邻两个所述天线辐射体之间设有所述的天线隔离器，所述天线隔离器垂直设置于所述天线基板上；其中，所述天线隔离器与相邻两个所述天线辐射体之间的电磁波传输方向垂直。

本实用新型提供一种天线隔离器及天线装置，其中，天线隔离器包括介质基板，所述介质基板上设有至少一个超材料单元，每一所述超材料单元均包括金属贴片，所述金属贴片具有至少一个环形缝隙，当所述环形缝隙为多个时，多个所述环形缝隙在所述金属贴片的中部往所述金属贴片的周侧的方向上依次间隔分布，且多个所述环形缝隙均包围所述金属贴片的一点，其中，一个环形缝隙对应一个阻带，不同环形缝隙可以在不同频段产生阻带，以实现不同频段的隔离，在使用时，将天线隔离器设于相邻两个天线辐射体之间，从而利用超材料单元的谐振特性，在特定的频段内产生阻带，以阻碍天线辐射体之间电磁波的传播，从而减小了耦合电场，因此提升了天线之间的隔离度。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的天线隔离器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的超材料单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中介质基板为双层板结构的天线隔离器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例中介质基板为三层板结构的天线隔离器的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中的环形缝隙为蛇形环结构的示意图；

图6是本实用新型实施例中的环形缝隙为雪花型环结构的示意图；

图7是本实用新型实施例中的天线隔离器的性能示意图；

图8是本实用新型实施例中工作在2.4G WLAN频段的天线装置的结构示意图；

图9是本实用新型实施例中工作在2.4G WLAN频段的天线装置有无设置天线隔离器的隔离度性能对比图；

图10是本实用新型实施例中工作在5G WLAN频段的天线装置的结构示意图；

图11是本实用新型实施例中工作在5G WLAN频段的天线装置有无设置天线隔离器的隔离度性能对比图；

其中，10、天线隔离器；1、介质基板；2、超材料单元；3、金属贴片；4、环形缝隙；41、低频环形缝隙；42、高频环形缝隙；7、第一缝隙；8、天线基板；9、天线辐射体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1和图2所示，本实用新型优选实施例的一种天线隔离器10，包括介质基板1，所述介质基板1上设有至少一个超材料单元2，每一所述超材料单元2均包括金属贴片3，所述金属贴片3具有至少一个环形缝隙4，当所述环形缝隙4为多个时，多个所述环形缝隙4在所述金属贴片3的中部往所述金属贴片3的周侧的方向上依次间隔分布，且多个所述环形缝隙4均包围所述金属贴片3的一点。

在本实用新型实施例中，天线隔离器10包括介质基板1，所述介质基板1上设有至少一个超材料单元2，每一所述超材料单元2均包括金属贴片3，所述金属贴片3具有至少一个环形缝隙4，当所述环形缝隙4为多个时，多个所述环形缝隙4在所述金属贴片3的中部往所述金属贴片3的周侧的方向上依次间隔分布，且多个所述环形缝隙4均包围所述金属贴片3的一点，其中，一个环形缝隙4对应一个阻带，不同环形缝隙4可以在不同频段产生阻带，以实现不同频段的隔离，在使用时，将天线隔离器10设于相邻两个天线辐射体9之间，从而利用超材料单元2的谐振特性，在特定的频段内产生阻带，以阻碍天线辐射体9之间电磁波的传播，从而减小了耦合电场，因此提升了天线之间的隔离度。

需要说明的是，电磁超材料是目前广受关注的新兴领域，超材料被定义为具有自然界中常规媒质所不具备特性的人工电磁材料。超材料通常由亚波长的散射体在一定空间内按规则或不规则的阵列排布，获得所需要的电磁特性。通过特殊设计得到具有奇异电磁特性的超材料结构，并将其应用在天线领域，则可以解决传统天线所不能解决的难题，例如高密度MIMO天线间隔离度差的问题。超材料应用在天线去耦方面的原理是：利用超材料结构在特定频段内产生的阻带或带隙，来抑制电磁波向邻近天线辐射体传播，从而减小了耦合的能量，提升了天线间的隔离度。

在本实用新型实施例中，由于多个环形缝隙4在所述金属贴片3的中部往金属贴片3的周侧的方向上依次间隔分布，且多个环形缝隙4均包围金属贴片3的同一点，即每相邻两个所述环形缝隙4远离该点的环形缝隙4包围靠近该点的环形缝隙4，使得多个所述环形缝隙4形成如图2的层层包围的结构。在具体实施当中，所述环形缝隙4的数量可以依据实际情况来改动，对于单频段工作的天线间的去耦，可采用一个环形缝隙4，而对于多频段天线间的去耦，则可采用多个环形缝隙4，因此，通过改变环形缝隙4的数量，可以实现双频甚至多频工作的特性。

在本实用新型实施例中，所述介质基板1为FR4或Rogers或F4B等板材，当然，所述介质基板1还可以根据实际要求采用其他材料，在此不做更多赘述。另外，在具体应用中，所述天线隔离器10可以是印制PCB结构，其成本可控，加工技术成熟，本实施例中的所述环形缝隙4可以通过蚀刻等工艺形成，当然，也可以采用其它工艺形成，在此不做更多的赘述。

在一种可选的实施方式中，所述介质基板1包括相对的第一表面和第二表面，当所述介质基板1为单面板时，所述超材料单元2设于所述第一表面或所述第二表面上；当所述介质基板1为两层板结构时，即在所述介质基板1的第一表面和所述第二表面上都设置超材料单元2，如图3所示；当所述介质基板1为多层板结构，即叠层板结构，所述介质基板1的各个层均设有所述超材料单元2，例如，当所述介质基板1为三层板结构时，除了所述介质基板1的两个表面都设置超材料单元2，所述介质基板1的中间还设有超材料单元2，如图4所示。

如图1所示，当所述超材料单元2为多个时，多个所述超材料单元2依次排列在所述介质基板1上，相邻两个所述超材料单元2之间形成第一缝隙7，所述第一缝隙7的宽度优选为0.5mm。当然，所述第一缝隙7可以根据实际要求进行设置，而所述超材料单元2的数量和排列方式也可以根据天线结构而定，在此不做更多的赘述。

在本实用新型实施例中，所述金属贴片3为对称结构或非对称结构，优选地，所述金属贴片3为对称结构，比如，所述金属贴片3可以为方形结构或圆形结构等对称结构。当然，所述金属贴片3的具体结构可以根据实际要求进行设置。而所述环形缝隙4为对称结构或非对称结构，优选地，所述环形缝隙4为对称结构。比如，所述环形缝隙4可以为圆环结构或方环结构，或者，所述环形缝隙4可以如图5所示的蛇形环结构，或者如图6所示的雪花型环结构等。优选地，多个所述环形缝隙4为圆心重合的圆环结构，即多个所述环形缝隙4形成同心圆环结构。当然，所述环形缝隙4的具体结构可以根据实际要求进行设置，在此不做更多的赘述。本实施例的所述超材料单元2优选为对称结构，对各种极化的电磁波都有抑制作用，适用于不同极化的天线。

在本实用新型实施例中，所述环形缝隙4的外周长等于所述环形缝隙4的工作频率的1个波导波长，所述环形缝隙4的工作频率即阻带所在的频率。当然，在具体实施当中，可以根据实际要求将所述环形缝隙4的外周长设置为约等于所述环形缝隙4的工作频率的1个波导波长。此外，所述环形缝隙4的外周长越大，则阻带的频率越低，通过改变环形缝隙4的外周长，可以改变阻带的频率，使所述天线隔离器10的工作频率灵活可控。

结合图2和图7所示，在一种可选的实施方式中，所述金属贴片3具有两个所述环形缝隙4，两个所述环形缝隙4分别为低频环形缝隙41和高频环形缝隙42，所述低频环形缝隙41包围所述高频环形缝隙42，所述低频环形缝隙41的宽度小于所述高频环形缝隙42的宽度。相邻两个所述环形缝隙4之间的距离取决于两个阻带的频率间隔，所述环形缝隙4的外周长越大，则阻带的频率越低；另外，所述环形缝隙4的宽度决定了阻带的带宽，通过增大环形缝隙4的宽度可以展宽带宽，因此，通过改变环形缝隙4的周长和环形缝隙4的宽度，可以改变阻带的频率及带宽，使所述天线隔离器10的工作频率和带宽灵活可控。举例而言，在本实施例中，所述低频环形缝隙41对应在2.4G WLAN频段产生阻带，所述低频环形缝隙41的宽度为0.5mm，所述高频环形缝隙42对应在5G WLAN频段产生阻带，所述高频环形缝隙42的宽度为2mm。如图7所示，其为所述天线隔离器的性能示意图(S21曲线)，可以看到在2.4G WLAN频段和5G WLAN频段形成了两个阻带，意味着在这两个频段内此天线隔离器可以有效阻碍电磁波的传播，从而提升隔离度。

请参阅图8和图10所示，为了解决相同的技术问题，本实用新型还提供一种天线装置，包括天线基板8和至少两个天线辐射体9，所述至少两个天线辐射体9设于所述天线基板8上，相邻两个所述天线辐射体9之间设有所述的天线隔离器10，所述天线隔离器10垂直设置于所述天线基板8上；其中，所述天线隔离器10与相邻两个所述天线辐射体9之间的电磁波传输方向垂直。

结合图8和图9，图8是本实用新型实施例中工作在2.4G WLAN频段的天线装置的结构示意图，图9是该天线装置有无设置天线隔离器的隔离度性能对比图。图8的天线辐射体9为工作在2.4G WLAN频段的2*2MIMO双极化天线，两个双极化天线之间加载了天线隔离器10，该天线隔离器10的超材料单元2的数量为5个，且5个所述超材料单元2依次排列成1行。请参阅图9，图9的两条实线分别为加载天线隔离器10的两个天线辐射体9的S21曲线，两条虚线分别为无天线隔离器10的两个天线辐射体9的S21曲线，从图9可知，加载天线隔离器10后，对两个极化的天线辐射体9之间的隔离度都有显著提升，在2.4GWLAN频段(2.4-2.5GHz)，提升幅度在7dB以上。

结合图10和图11，图10是本实用新型实施例中工作在5G WLAN频段的天线装置的结构示意图，图11是该天线装置有无设置天线隔离器的隔离度性能对比图。图10的天线辐射体9为工作在5G WLAN频段的2*2MIMO双极化天线，两个双极化天线之间加载了天线隔离器10，该天线隔离器10的超材料单元2的数量为3个，且3个所述超材料单元2依次排列成1行。根据图11可知，请参阅图11，图11的两条实线分别为加载天线隔离器10的两个天线辐射体9的S21曲线，两条虚线分别为无天线隔离器10的两个天线辐射体9的S21曲线，从图11可知，加载天线隔离器10后，对两个极化的天线辐射体9之间的隔离度同样有显著提升，在5GWLAN频段(5.15-5.85GHz)，提升幅度在8dB以上。

综上，本实用新型实施例提供一种天线隔离器10及天线装置，其中，天线隔离器10包括介质基板1，所述介质基板1上设有至少一个超材料单元2，每一所述超材料单元2均包括金属贴片3，所述金属贴片3具有至少一个环形缝隙4，当所述环形缝隙4为多个时，多个所述环形缝隙4在所述金属贴片3的中部往所述金属贴片3的周侧的方向上依次间隔分布，且多个所述环形缝隙4均包围所述金属贴片3的一点，其中，一个环形缝隙4对应一个阻带，不同环形缝隙4可以在不同频段产生阻带，以实现不同频段的隔离，在使用时，将天线隔离器10设于相邻两个天线辐射体9之间，从而利用超材料单元2的谐振特性，在特定的频段内产生阻带，以阻碍天线辐射体9之间电磁波的传播，从而减小了耦合电场，因此提升了天线之间的隔离度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种天线隔离器，其特征在于，包括介质基板，所述介质基板上设有至少一个超材料单元，每一所述超材料单元均包括金属贴片，所述金属贴片具有至少一个环形缝隙，当所述环形缝隙为多个时，多个所述环形缝隙在所述金属贴片的中部往所述金属贴片的周侧的方向上依次间隔分布，且多个所述环形缝隙均包围所述金属贴片的一点。

2.如权利要求1所述的天线隔离器，其特征在于，所述介质基板包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面和/或所述第二表面上设有所述超材料单元；

3.如权利要求1所述的天线隔离器，其特征在于，当所述超材料单元为多个时，多个所述超材料单元依次排列在所述介质基板上，相邻两个所述超材料单元之间形成第一缝隙。

4.如权利要求1-3任一项所述的天线隔离器，其特征在于，所述金属贴片为对称结构。

5.如权利要求4所述的天线隔离器，其特征在于，所述金属贴片为方形结构或圆形结构。

6.如权利要求1-3任一项所述的天线隔离器，其特征在于，所述环形缝隙为对称结构。

7.如权利要求6所述的天线隔离器，其特征在于，所述环形缝隙为圆环结构或方环结构或蛇形环结构或雪花型环结构。

8.如权利要求1-3任一项所述的天线隔离器，其特征在于，所述环形缝隙的外周长等于所述环形缝隙的工作频率的1个波导波长。

9.如权利要求1-3任一项所述的天线隔离器，其特征在于，所述金属贴片具有两个所述环形缝隙，两个所述环形缝隙分别为低频环形缝隙和高频环形缝隙，所述低频环形缝隙包围所述高频环形缝隙，所述低频环形缝隙的宽度小于所述高频环形缝隙的宽度。

10.一种天线装置，其特征在于，包括天线基板和至少两个天线辐射体，所述至少两个天线辐射体设于所述天线基板上，相邻两个所述天线辐射体之间设有如权利要求1-9任一项所述的天线隔离器，所述天线隔离器垂直设置于所述天线基板上；其中，所述天线隔离器与相邻两个所述天线辐射体之间的电磁波传输方向垂直。