利用天線單元內閉合電流迴路提高隔離度的mimo天線的製作方法
2023-05-24 08:15:46 2
專利名稱：利用天線單元內閉合電流迴路提高隔離度的mimo天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及兩單元的MIMO(Multiple_Input Multiple-Output,多輸入多輸出)天線陣的技術領域，更具體地說，涉及一種利用天線單元內閉合電流迴路提高隔離度的MMO天線。
背景技術：
第三代移動通信系統(3G)存在一些不足，包括通信速率較低，提供服務速率的動態範圍不大，不能真正實現不同頻段的不同業務環境間的無縫漫遊，不能滿足各種業務類型要求，以及分配給3G系統的頻率資源已經趨於飽和等，故3G難以滿足用戶日益增長的需求，不能提供動態範圍多速率業務。於是人們開始著手研究3G的長期演進LET (Long TermEvolution，長期演進)項目和第四代移動通信(4G)。MIMO技術被認為是LET項目和4G的關鍵技術之一。MMO技術最早是由Marconi於1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。MMO技術利用多天線進行發射/接收分集，從而得到一定的分集增益;ΜΙΜ0技術利用多天線進行空間復用則可以提高頻譜利用率，不增加系統的發射功率就可以大大地提高傳輸速率。MMO天線設計是MMO通信系統的關鍵技術。對於基站而言，因為可用空間大,多天線技術的應用容易得到實現。由於世界各地分配給LET以及4G通信系統頻率不一樣，寬帶寬、隔離度高、性能穩、適用於手機等移動終端設備的小型MIMO天線的設計十分重要。但是對於手持設備(如手機)來說，將多個天線集成在小空間中，會引起很大的互耦，天線的性能如工作帶寬、發射效率、輻射方向圖等等，就會發射畸變。小型、寬帶/多頻、高隔離度的手機天線設計是目前MIMO技術領域的重要研究方向。目前為了減小天線單元間的互耦，提高天線單元間的隔離度，已經發展形成了多種的方法。2004 年 Gaoming Chi, Binhong Li,和 Dongsheng Qi 等人在 MICROWAVE ANDOPTICAL TECHNOLOGY LETTERS 發表題為 「Dual-Band Printed Diversity Antenna for2.4/5. 2-GHz WLAN Application」的文章,在該文章中提出了利用T型地板枝節來提高兩天線單元間的隔離度。2005年Kyeong-Sik Min等人在發表在歐洲微波會議上發表題為「 Improved MIMOAntenna by Mutual Coupling Suppression between Elements，，的文章，報導了寄生單兀可以減小天線單元間互耦，該文利用六個寄生單元，在5. 15-5. 35GHz (I S111 < -IOdB)頻帶內將隔離度提高到25dB。2007 年 Yuan Ding, Zhengwei Du, Ke Gong 等人在 IEEE TRANSACTIONS ONANTENNAS AND PROPAGATION 上發表了題為 「A Novel Dual-Band Printed DiversityAntenna for Mobile Terminals」的文章,該文提出利用兩對L型地板枝節去減小地板表面波引起的互耦，從而提高MMO天線兩單元間的隔離度。2008 年，Angus C. K. Mak, Corbett R. Rowell,和 Ross D. Murch 等人在 IEEE、TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION 上發表了題為 「Isolation EnhancementBetween Two Closely Packed Antennas」的文章，該文證實地板縫隙可以提高MIMO天線單元間的隔離度。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
實用新型內容
本實用新型的目的在於克服現有技術中的缺點與不足，提供一種利用天線單元內閉合電流迴路提高隔離度的MMO天線，該MMO天線結構簡單、製作容易、帶寬寬和隔離度高，適合作為如手機等移動終端的設備，並能夠在多徑通信環境中提供良好的分集增益，抵抗多徑衰落，或提供復用增益，提高系統的信道容量。為了達到上述目的，本實用新型通過下述技術方案予以實現一種利用天線單元內閉合電流迴路提高隔離度的MIMO天線，包括基板，印製在基板正面的天線單元一、天線單元二、微帶線一和微帶線二，印製在基板背面的系統地板以及分別通過微帶線一和微帶線二連接天線單元一和天線單元二的激勵埠一和激勵埠二 ；所述天線單元一和天線單元二分別通過微帶線一和微帶線二進行饋電；其特徵在於還包括印製在基板背面的地板枝節一和地板枝節二 ；所述印製在基板正面的天線單元一和天線單元二與印製在基板背面的地板枝節一和地板枝節二分別形成重疊部分一和重疊部分二 ；所述印製在基板正面的天線單元一和天線單元二與印製在基板背面的系統地板分別形成重疊部分三和重疊部分四；所述系統地板、地板枝節一和天線單元一通過重疊部分一形成閉合電流迴路一，系統地板、地板枝節二和天線單元二通過重疊部分二組成閉合電流迴路二，系統地板和天線單元一通過重疊部分三組成閉合電流迴路三，系統地板和天線單元二通過重疊部分四形成閉合電流迴路四；所述閉合電流迴路一和閉合電流迴路二同屬於一類電流迴路，閉合電流迴路三和閉合電流迴路四同屬於另一類電流迴路。通過上述方案，可得到一種結構簡單，製作容易、高隔離度的寬帶MMO天線，該MIMO天線的天線單元內形成閉合電流迴路，將大部分分布在系統地板上的表面電流限制在閉合電流迴路內，從而提高MMO天線單元間的隔離度，減小地板表面電流引起的互耦。更具體地說，所述微帶線一和微帶線二為50歐姆的微帶線。所述天線單元一和天線單元二為三角形的天線單元，並相互垂直地印製在基板的正面。相互垂直的天線單元在理論上是失配的，這樣設計有利於減小空間波引起的互耦。所述基板是相對介電常數為1-1000的介質基板。本實用新型MIMO天線的工作原理是這樣的當天線單元一和天線單元二被激勵時，會在系統地板上誘發比較大的耦合電流，而系統地板表面電流是產生兩天線單元之間的強互耦的主要原因。在本實用新型提出的MIMO天線的工作帶寬的低頻處，本實用新型的天線單元一內部的閉合電流迴路一能有效地將大部分天線單元一激勵時產生的地板表面電流抑制在閉合電流迴路一內，從而極大地減小了由激勵埠一流向激勵埠二的地板表面電流；同樣原理，在本實用新型提出的MMO天線的工作帶寬的低頻處，天線單元二內部的閉合電流迴路二能有效地將大部分天線單元二激勵時產生的地板表面電流抑制在閉合電流迴路二內，從而極大地減小了由激勵埠二流向激勵埠一的地板表面電流。在本實用新型提出的MIMO天線的工作帶寬的高頻處，本實用新型的天線單元一內部的閉合電流迴路三能有效地將大部分天線單元一激勵時產生的地板表面電流抑制在閉合電流迴路三內，從而極大地減小了由激勵埠一流向激勵埠二的地板表面電流；同樣原理，在本實用新型提出的MIMO天線的工作帶寬的高頻處，天線單元二內部的閉合電流迴路四能有效地將大部分天線單元二激勵時產生的地板表面電流抑制在閉合電流迴路四內，從而極大地減小了由激勵埠二流向激勵埠一的地板表面電流。通過上述的工作原理，在本實用新型提出的MIMO天線的寬工作帶寬內，天線單元一和天線單元二之間的隔離度得到有效地提高，而且內部的閉合電流迴路不額外佔用空間，有利於MMO天線的小型化設計，同時降低加工製作的工作難度。與現有技術相比，本實用新型具有如下優點與有益效果·I、與已有移動終端設備MMO天線設計相比較，本實用新型中提出利用天線單元的內閉合電流迴路能在寬帶工作帶寬內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奉禹。2、與已有移動終端設備MMO天線設計相比較，本實用新型提出的兩類提高隔離度的內部電流迴路對天線單元阻抗匹配的影響相互抵消，有助於得到寬阻抗帶寬。3、與已有移動終端設備MMO天線設計相比較，本實用新型具有更小的尺寸，有利於實現MMO天線的小型化，本實用新型具有更簡單的結構，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。
圖I (a)是本實用新型MMO天線所利用的基板示意圖；圖1(b)是本實用新型利用天線單元內的閉合電流迴路提高隔離度的兩單元MIMO天線的結構示意圖；圖2是本實用新型MIMO天線頻率響應的電磁仿真曲線示意圖；圖3是傳統的MMO天線結構示意圖；圖4是傳統的MMO天線頻率響應的電磁仿真曲線示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的描述。實施例本實用新型以型號為FR4的基板為例進行說明。本實用新型利用天線單元內的閉合電流迴路提高隔離度的兩單元MIMO天線結構示意圖如圖1(a)和圖1(b)所示,該MIMO天線包括一個型號為FR4的基板11,還包括兩個三角形天線單元(天線單元一 16a和天線單元二 16b)，兩個激勵埠(激勵埠一 17a和激勵埠二 17b)，系統地板14和兩個地板枝節(地板枝節一 15a和地板枝節二 15b)。天線單元一 16a和天線單元二 16b相互垂直被印製在FR4基板11的正面12，系統地板14、地板枝節一 15a和地板枝節二 15b被印製在FR4基板11的背面13。天線單元一 16a由同樣印製在FR4基板11正面12的50歐姆的微帶線一 18a進行饋電；天線單元二 16b由同樣印製在FR4基板11正面12的50歐姆的微帶線二 18b進行饋電。印製在FR4基板11正面12的天線單元一 16a和天線單元二 16b與印製在FR4基板11背面13的地板枝節一 15a和地板枝節二 15b分別存在重疊部分一 19a和重疊部分二 19b ;印製在FR4基板11正面12的天線單元一 16a和天線單元二 16b與印製在FR4基板11背面13的系統地板14分別存在重疊部分三IlOa和重疊部分四110b。其中，系統地板14、地板枝節一 15a和天線單元一16a通過重疊部分一 19a和重疊部分三IlOa形成閉合電流迴路一；系統地板14、地板枝節二 15b和天線單元二 16b通過重疊部分二 19b形成閉合電流迴路二 ；系統地板14和天線單元一 16a通過重疊部分三IlOa組成閉合電流迴路三；系統地板14和天線單元二 16b通過重疊部分四IlOb組成閉合電流迴路四。傳統的MMO天線結構示意圖如圖3所示，與本實用新型圖I相比，傳統的MMO天線在FR4基板11背面13上沒有印製地板枝節一 15a和地板枝節二 15b，也沒有本實用新型中的重疊部分一 19a、重疊部分二 19b、重疊部分三IlOa和重疊部分四110b，所以不能形成閉合電流迴路一、閉合電流迴路二、閉合電流迴路三和閉合電流迴路四。本實用新型閉合電流迴路一、閉合電流迴路二、閉合電流迴路三和閉合電流迴路四的作用，可從圖2和圖4的兩個頻率響應的電磁仿真曲線示意圖中得到了很好理解。從圖2可以觀察到，相對於圖3而言，圖1(b)天線的工作帶寬變化比較小，但是天線單元間的隔離度卻得到了很大的提高(在帶寬內提高了 12dB)。由此可見，本實用新型提出閉合電流迴路一、閉合電流迴路二、閉合電流迴路三和閉合電流迴路四能夠有效地提高MMO天線單元間的隔離度。其中電流迴路一和二同屬於一類電流迴路，電流迴路三和電流迴路四同屬於另一類電流迴路，而這兩種電流迴路對MMO天線單元的阻抗匹配的反作用能相互抵消，故這兩種電流迴路的應用對MMO天線工作帶寬的影響小，實現了寬帶，高隔離度，結構簡單，尺寸小的設計要求。本實用新型可通過調整天線單元一 16a和天線單元二 16b的尺寸，實現寬阻抗帶寬；通過調整閉合電流迴路中包含的的重疊部分一 19a、重疊部分二 19b、重疊部分三IlOa和重疊部分四110b，可以實現高隔離度的設計要求。本實用新型MIMO天線的工作原理是這樣的當天線單元一 16a和天線單元二 16b被激勵時，會在系統地板14上誘發比較大的耦合電流，而系統地板14表面電流是產生兩天線單元之間的強互耦的主要原因。本實用新型的天線單元一 16a內部的閉合電流迴路一和閉合電流迴路三分別在工作帶寬的低頻和高頻有效地將大部分天線單元一 16a激勵時產生的地板表面電流抑制在閉合電流迴路一和閉合電流迴路三內，從而極大地減小了由激勵埠一 17a流向激勵埠二 17b的地板表面電流；同樣原理，天線單元二 16b內部的閉合電流迴路二和閉合電流迴路四分別在工作帶寬的低頻和高頻有效地將大部分天線單元二 16b激勵時產生的地板表面電流抑制在閉合電流迴路二和閉合電流迴路四內，從而極大地減小了由激勵埠二 17b流向激勵埠一 17a的地板表面電流。通過上述的工作原理，天線單元一 16a和天線單元二 16b之間的隔離度得到有效地提高，內部的閉合電流迴路不額外佔用空間，有利於MMO天線的小型化設計，而且內部的閉合電流迴路結構簡單，降低加工製作的工作難度。上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內 。
權利要求1.一種利用天線單元內閉合電流迴路提高隔離度的MIMO天線，包括基板，印製在基板正面的天線單元一、天線單元二、微帶線一和微帶線二，印製在基板背面的系統地板以及分別通過微帶線一和微帶線二連接天線單元一和天線單元二的激勵埠一和激勵埠二 ；所述天線單元一和天線單元二分別通過微帶線一和微帶線二進行饋電；其特徵在於還包括印製在基板背面的地板枝節一和地板枝節二 ；所述印製在基板正面的天線單元一和天線單元二與印製在基板背面的地板枝節一和地板枝節二分別形成重疊部分一和重疊部分二；所述印製在基板正面的天線單元一和天線單元二與印製在基板背面的系統地板分別形成重疊部分三和重疊部分四；所述系統地板、地板枝節一和天線單元一通過重疊部分一形成閉合電流迴路一，系統地板、地板枝節二和天線單元二通過重疊部分二組成閉合電流迴路二，系統地板和天線單元一通過重疊部分三組成閉合電流迴路三，系統地板和天線單元二通過重疊部分四形成閉合電流迴路四；所述閉合電流迴路一和閉合電流迴路二同屬於一類電流迴路，閉合電流迴路三和閉合電流迴路四同屬於另一類電流迴路。
2.根據權利要求I所述的利用天線單元內閉合電流迴路提高隔離度的MIMO天線，其特徵在於所述微帶線一和微帶線二為50歐姆的微帶線。
3.根據權利要求I所述的利用天線單元內閉合電流迴路提高隔離度的MIMO天線，其特徵在於所述天線單元一和天線單元二為三角形的天線單元，並相互垂直地印製在基板的正面。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的利用天線單元內閉合電流迴路提高隔離度的MIMO天線，其特徵在於所述基板是相對介電常數為1-1000的介質基板。
專利摘要本實用新型提供一種利用天線單元內閉合電流迴路提高隔離度的MIMO天線，該天線包括基板、天線單元一、天線單元二、系統地板、地板枝節一和地板枝節二；天線單元一和天線單元二與地板枝節一和地板枝節二分別形成重疊部分一和重疊部分二；天線單元一和天線單元二與系統地板分別形成重疊部分三和重疊部分四；系統地板、地板枝節一和天線單元一通過重疊部分一形成閉合電流迴路一，系統地板、地板枝節二和天線單元二通過重疊部分二組成閉合電流迴路二，系統地板和天線單元一通過重疊部分三組成閉合電流迴路三，系統地板和天線單元二通過重疊部分四形成閉合電流迴路四。本實用新型能有效地提高天線單元間的隔離度，從而減小地板表面波引起的互耦。
文檔編號H01Q1/38GK202434698SQ201220026299
公開日2012年9月12日 申請日期2012年1月18日 優先權日2012年1月18日
發明者李健鳳, 褚慶昕 申請人:華南理工大學