一種用於移動終端的高隔離度的MIMO天線的製作方法

2023-05-16 20:28:51 1

本發明涉及移動通信技術領域，具體是一種用於移動終端的高隔離度的MIMO天線。

背景技術：

隨著無線通信技術的迅猛發展，消費者對無線通信業務的類型和質量的要求越來越高，稀缺的頻譜資源已成為通信發展的一個瓶頸，而MIMO(Multiple-Input Multiple-output，多輸入多輸出)技術能夠在不提高發射功率和增加帶寬的前提下，利用多個發射天線和接收天線組成的收發系統來減少信道衰落，並成倍地提高頻率利用率和系統容量。作為MIMO移動終端系統中的天線部分，要解決有限空間和放置多天線的矛盾、多天線之間隔離度和有限空間的矛盾，以及寬頻帶和天線尺寸之間的矛盾。而MIMO技術作為LTE和4G的核心技術之一，充分開發空間資源，在有限的頻譜和固定的發射功率下，改善每個用戶的通信質量，為系統提供空間復用增益和空間分集增益，因此設計具有寬頻帶高隔離度的移動終端天線具有重要的研究意義。

2003年，針對MIMO天線的隔離度，Fan Y.，Yahya R.S..等提出使用EDG地板能減小天線之間的互耦，EBG地板的多層分格結構能使得從激勵埠流向非激勵埠的地板表面電流逐漸被衰減，從而有效地減小了兩天線單元間的互耦。

2004年，Karaboikes於提出地板縫隙結構，地板細隙結構可以認為是一種漫波結構，通過減小信號的波長增加天線單元之間的距離，可以實現減小天線單元間互耦的作用。2012年，Jungsik Park,Junho Choi等人將地板細縫與電容元件相結合，結果證明該方法減小了地板細縫天線的尺寸，實驗結果表明，這種方法進一步提高了地板細縫減小MIMO天線單元間互耦的可行度。

2006年，Aliou Diallo和Cyril Luxey提出一種新的解耦技術——中和線，他們提出在適當的位置將兩個工作帶寬頻率不同的天線單元通過細長的微帶線(中和線)連接起來，結果證明該方法可以提高兩天線單元間的隔離度。2011年Jian-Feng Li等人對中和線進行改進，提出寬帶T型中和線，寬帶T型中和線與傳統中和線相比較，它工作的範圍大大的被拓展了。

2010年，Kin-Lu wong等人利用地板枝節，成功的將不同天線單元之間的隔離度進行了提高，進一步說明了地板枝節在提高天線MIMO隔離度的方法上起到了重要的作用。

2012年，Fang-Hsien Chu,Yeh-Chun Kao,and Kin-Lu Wong等人設計了一款工作於824-960/1710-2170MHz的天線，該天線通過加載電容和在饋電處使用匹配網絡在低頻出得到了很寬的工作頻帶，並且只佔用了21.5mm×35mm×3mm的空間。

2013，年Foez Ahmed,Ronglin Li等人採用耦合饋電的方法設計了一款天線，在該天線中通過使用地板直接和地板細縫相結合的解耦技術，提高了天線之間的隔離度，使隔離度達到18dB以上。

2014年，Yong-Ling Ban等人設計了一款小型的寬頻帶手機天線，該天線採用了耦合饋電和加載電容的方法，通過地板枝節的解耦方法，使得在相應的工作帶寬上得到了很好的隔離度。

可見，減小耦合的主要方法有：EBG地板結構，解耦網絡，地板縫隙，反射單元，地板分支和中和線。然而以上的解耦方法僅僅適用於窄帶工作帶寬中，而且大多數結構設計複雜，難以實現小型、寬帶/多頻、高隔離度的設計要求。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種用於移動終端的高隔離度的MIMO天線，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種用於移動終端的高隔離度的MIMO天線，包括介質基板，在介質基板上形成對稱結構的天線單元一和天線單元二，在天線單元一上設置激勵埠一，在天線單元二上設置激勵埠二；所述介質基板的正面結構印製關於介質基板中線對稱的兩個G形輻射單元，所述介質基板的背面印製地板，還包括兩條輸入端饋線，輸入端饋線與G型輻射單元連接，G型輻射單元上設有兩條不同長度的枝節，其中一條枝節採用漸寬的梯形結構，另一條枝節在彎折處減去一三角形結構，所述G型輻射單元與饋電線連接處採用矩形缺口，G型輻射單元與饋電線連接處凸出的矩形貼片。

作為本發明進一步的方案：還包括T型枝節和回型地板縫隙，地板枝節和地板縫隙均關於介質基板中心對稱。

作為本發明進一步的方案：所述微帶線一和微帶線二為50歐姆的微帶線。

作為本發明進一步的方案：所述基板是相對介電常數為1-1000的介質基板。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1、本發明中提出利用結合地板枝和地板縫隙有效地提高天線單元間的隔離度，從而減小地板表面電流引起的互耦；

2、本發明具有更小的尺寸，有利於實現MIMO天線的小型化，本發明具有更簡單的結構，從而可以降低生產成本，適用於各種多功能小型手持設備中，且能用平面印刷工藝和低成本的FR4板材，降低了製造成本；

3、天線具有結構緊湊，隔離度高，分集性能好等性能優點，可以應用於LTE寬頻帶的移動終端系統中。

附圖說明

圖1為用於移動終端的高隔離度的MIMO天線的俯視結構示意圖。

圖2為用於移動終端的高隔離度的MIMO天線的側視結構示意圖。

圖3為用於移動終端的高隔離度的MIMO天線中仿真的回波損耗與頻率關係圖。

圖4為用於移動終端的高隔離度的MIMO天線中仿真的埠間隔離度與頻率關係圖。

圖中：1-正面結構、2-地板、3-介質基板、11a-天線單元一、12-梯形結構、13a-微帶線一、14-矩形槽、15-回型縫隙、16a-激勵埠一、11b-天線單元二、13b-微帶線二、16b-激勵埠二、17-L型縫隙、10-T型枝節。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。

請參閱圖1-4，一種用於移動終端的高隔離度的MIMO天線，包括介質基板3，在介質基板3上形成對稱結構的天線單元一11a和天線單元二11b，在天線單元一11a上設置激勵埠一16a，在天線單元二11b上設置激勵埠二16b；所述介質基板3的正面結構1印製關於介質基板3中線對稱的兩個G形輻射單元，所述介質基板3的背面印製地板2，還包括兩條輸入端饋線，輸入端饋線與G型輻射單元連接，G型輻射單元上設有兩條不同長度的枝節，不同長度的枝節分別控制兩個天線覆蓋的頻段，為了有效的覆蓋天線需要的頻段，其中一條枝節採用漸寬的梯形結構12，目的是拓寬天線的頻帶，另一條枝節在彎折處減去一三角形結構，目的是改變天線輻射方向，所述G型輻射單元與饋電線連接處採用矩形缺口，目的是改變地板電流的方向，G型輻射單元與饋電線連接處凸出的矩形貼片，目的是有更好的阻抗匹配，綜合以上方法，天線能完全覆蓋所需要的頻段。

在兩個相互靠近的天線單元中加入了一對相隔很近的一系列回型縫隙15和T型枝節10就能達到這種隔離度。引入的回型縫隙15可以作為反射枝節反射空間輻射的電磁波從而在低頻起到明顯的隔離作用，在高頻段的隔離措施我們採用通過在地板上加刻T型槽線的方法，以上兩種方法能夠使得天線在有效頻段內的隔離度達到-20dB以上。

更具體地說，所述地板正中間延伸出的T型的地板延伸枝節，起到了對兩個G型輻射單元反射作用，同時在地板延伸枝節和兩個G型輻射單元之間引入了新的諧振模式，從而進一步優化天線的阻抗匹配。引入的回型縫隙可以作為對一個天線單元到另一個單元起到濾波作用，從而在低頻起到明顯的隔離作用。也就是說，兩者的存在使得電流匯聚在地板延伸枝節和縫隙的周圍，從而減少了耦合到另外一個埠的能量，從而實現了兩個間隔距離很小的天線間的高隔離度-20dB。

還包括T型枝節和回型地板縫隙，地板枝節和地板縫隙均關於介質基板中心對稱。

所述微帶線一和微帶線二為50歐姆的微帶線。

所述基板是相對介電常數為1-1000的介質基板。

實施例：

本發明以型號為FR4的基板為例進行說明。

本發明利用結合地板枝節和地板縫隙的方式提高隔離度的結構示意如圖1所示，包括介質基板3、地板2、兩個天線單元(形成對稱結構的單元一11a和天線單元二11b)，兩個激勵埠(激勵埠一16a和激勵埠二16b)，兩條50歐姆微帶線(微帶線一13a和微帶線二13b)，T型枝節10和回型縫隙15，其中地板、回型縫隙15及T型枝節10被印製在基板的背面，G型天線被印製在基板的正面。印製在基板正面的G型天線單元一11a經由50歐姆的微帶線一13a進行直接饋電；印製在基板正面的G型天線單元二11b經由50歐姆的微帶線二13b進行直接饋電。

所述梯形輻射單元是關於介質基板中線對稱的G型輻射貼片，G型結構的兩個不同長度的枝節來分別控制兩個天線覆蓋的頻段，所述G型結構的一條枝節採用漸寬的梯形形狀。

所述地板除了T型枝節10及回型縫隙15以外，在微帶線一13a和天線單元一11a處有2mm×4mm的矩形槽，目的是調節阻抗匹配特性，提高帶寬。

本發明首先實現WLAN基本頻段的覆蓋，G型的兩個枝節相當於兩個單極子天線，相比只能產生單一諧振頻率的長度較大的枝節，G型貼片的兩個枝節可以在2.4GHz和5.2GHz處分別產生諧振模式，從而覆蓋WLAN需要的整個工作頻帶.相比單一的枝節來說，兩個枝節在工作時會產生一定的影響，在一定程度上也提高了天線的帶寬。兩個枝節可以靈活的調節兩個諧振模式，從而實現頻率的準確覆蓋，在此基礎上，後面還在天線與微帶線的連接處添加了矩形槽14，並且在G型貼片的長枝節處，使用逐漸變寬的梯形結構12，同樣是為了增加天線帶寬。

為了實現高的埠間隔離度，通過在介質基板的背面正中間延伸出T型枝節10，可以使得一個埠的天線單元產生的電流被發射，同時利用該直接產生新的模式來調節阻抗帶寬和隔離度；其次在介質基板背面中間設置回型縫隙15a，目的是在天線單元一11a和天線二在工作時，改縫隙對其輻射的電流起到濾波作用，把電流束縛在縫隙附近，從而減小兩個天線單元的耦合。在天線結構下方的四個L型縫隙17同樣是為了減小天線耦合設置的。通過幾種方法的使用，使得兩個埠間的隔離度降低到-20dB以下，有效的實現了不同埠間的相互幹擾最小化。

為了驗證本發明方案的有效性，下面給出具體實例進行說明。

圖1、圖2給出了實施實例在俯視、側視角度下的結構圖。在本實施實例中，選用相對介電常數為4.4，損耗正切為0.02、厚度為0.8mm的FR4介質基板，基板的平面尺寸為96mm×55mm。地板的單元天線部分佔用的平面尺寸為15mm×18mm。信號輸入端饋線為特徵阻抗為50歐姆的微帶線，同軸線的內導體與激勵單元相連，外導體與主地板相連。

以上述圖1、圖2所示尺寸製作的天線仿真的反射係數的結果如圖3所示。由圖可知，該平面印刷天線在WLAN頻段的2.4GHz-2.5GHz和5.2GHz-5.8GHz頻率範圍內產生了多個諧振點，形成的S11小於-10dB帶寬，完全覆蓋了WLAN頻率範圍內的所有可用頻段。

以上述3個圖形所示尺寸製作的天線仿真的埠間隔離度的結果如圖4所示。在整個工作頻率範圍內，埠間的隔離度都低於-20dB，完全滿足實際需要。

本發明中提出利用結合地板枝和地板縫隙有效地提高天線單元間的隔離度，從而減小地板表面電流引起的互耦；本發明具有更小的尺寸，有利於實現MIMO天線的小型化，本發明具有更簡單的結構，從而可以降低生產成本，適用於各種多功能小型手持設備中，且能用平面印刷工藝和低成本的FR4板材，降低了製造成本；天線具有結構緊湊，隔離度高，分集性能好等性能優點，可以應用於LTE寬頻帶的移動終端系統中。

上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利並不限於上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。