專利名稱：具有高隔離低相關特性的mimo移動終端多天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種應用于超3G/4G移動通信終 端多輸入多輸出(multiinput multi ~output, MIMO)系統的移動終端平面四單 元天線。
背景技術：
移動通信中的多輸入多輸出技術指的是利用多根發射天線和多根接收天 線進行無線傳輸的技術，使用這種技術的無線通信系統即為多輸入多輸出系 統。當天線相互之間有足夠遠的距離，各個發射天線到各個接收天線之間的信 號傳輸可以看成是相互獨立的，所采用的多個天線可以稱為分立式多天線，如 應用于空間分集的多個天線就是這種情況。如果各個天線相互之間相距很近， 各個發射天線到各個接收天線之間的信號傳輸可以看成是相關的，所采用的多 根天線稱為集中式多天線，如智能天線中的天線陣列。在一般的智能天線技術 中，只有發信機或者收信機配備多根天線，較為典型的是基站配備多根天線， 因為一般認為在基站比移動電話更能承擔額外的成本和空間。移動終端的空間 環境往往散射體較為豐富，只需要0.5個波長就可以使天線獲得充分的解相關。 但考慮到移動終端尺寸的限制，要在比較小的空間內集成兩個或四個天線，并 非易事。
發明內容
本發明為了解決在比較小的空間內集成多個天線的問題，而提出的一種 具有高隔離低相關特性的MIMO移動終端多天線。
本發明由第一貼片、第二貼片、第一饋電微帶線、第二饋電微帶線、第 三饋電微帶線、第四饋電微帶線、天線主體和下地板組成；天線主體為雙層介 質結構，所述的天線主體由上層介質和中間介質組成，天線主體的上表面左右 間隔貼附有形狀大小相詞的第一貼片和第二貼片，天線主體的下表面設置有下 地板，下i也板的中心位置設置有啞鈴型開口；第一饋電微帶線和第二饋電微帶 線為第一饋電微帶線組，第三饋電微帶線和第四饋電微帶線為第二饋電微帶線 組，兩個饋電微帶線組設置在上層介質和中間介質之間，并分別位于第一貼片和第二貼片的一側，每個饋電微帶線組中的兩個饋電微帶線之間相互垂直且不 相交，兩個饋電微帶線組的結構相互對稱。 本發明的優點如下
采用微帶天線作為基本天線單元，易于加工制作，占用空間小。每個貼 片的輻射單元的兩條饋電微帶線是相互垂直的，使得兩天線可以分別工作于不
同的極化方式。綜合極化分集、空間分集等分集形式，滿足了現存MIMO多 天線對于極化純度的要求。帶有缺陷接地結構的天線下地板中間開有啞鈴型的
縫隙，可以等效為LC諧振電路，有效降低兩輻射單元之間的互耦，改善了天 線間的隔離特性，進而降低了相關性，提高系統的信道容量。本發明具有結構 緊湊，易集成，占用空間小，可以用于MIMO移動終端，并且采用常規手段 即可加工，成本低廉。
圖l為本發明的主視圖；圖2為本發明的俯視圖；圖3為具體實施方式
三 的結構示意圖；圖4為第一饋電微帶線4、第二饋電微帶線5、第三饋電微帶 線6和第四饋電微帶線7位置結構示意圖；圖5為本發明的矩形啞鈴型開口的 下地板3的俯視圖；圖6為本發明的圓形啞鈴型開口的下地板3的俯視圖；圖 7為第一饋電微帶線4所組成的第一天線單元的反射損耗曲線；圖8為第二饋 電微帶線5所組成的第二天線單元的反射損耗曲線；圖9為第一饋電微帶線4 所組成的第一天線單元和第二饋電微帶線5所組成的第二天線單元之間的隔 離度曲線；圖10為第一饋電微帶線4所組成的第一天線單元和第四饋電微帶 線7所組成的第四天線單元之間的隔離度曲線；圖11為第一饋電微帶線4所 組成的第一天線單元和第三饋電微帶線6所組成的第三天線單元之間的隔離 度曲線；圖12為第一饋電微帶線4所組成的第一天線單元的水平極化方向圖 和垂直極化方向圖；圖13為第二饋電微帶線5所組成的第二天線單元的水平 極化方向圖和垂直極化方向圖；圖14為第一饋電微帶線4所組成的第一天線 單元和第四饋電微帶線7所組成的第四天線單元之間的相關系數曲線；圖15 為第一饋電微帶線4所組成的第一天線單元和第二饋電微帶線5所組成的第二 天線單元之間的相關系數曲線。
具體實施方式
具體實施方式
一結合圖1至6說明本實施方式，本實施方式由第一貼 片1、第二貼片2、第一饋電微帶線4、第二饋電微帶線5、第三饋電微帶線6、 第四饋電微帶線7、天線主體和下地板3組成；天線主體為雙層介質結構，所 述的天線主體由上層介質IO和中間介質11組成，天線主體的上表面左右間隔 貼附有形狀大小相同的第一貼片1和第二貼片2，天線主體的下表面設置有下 地板3，下地板3的中心位置設置有啞鈴型開口 9;第一饋電微帶線4和第二 饋電微帶線5為第一饋電微帶線組，第三饋電微帶線6和第四饋電微帶線7 為第二饋電微帶線組，兩個饋電微帶線組設置在上層介質IO和中間介質11之 間，并分別位于第一貼片1和第二貼片2的一側，每個饋電微帶線組中的兩個 饋電微帶線之間相互垂直且不相交，兩個饋電微帶線組的結構相互對稱。
具體實施方式
二結合圖5和圖6說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一不同點在于啞鈴型開口 9的兩端為矩形或圓形結構。其它組成和連 接方式與具體實灘方式一相同。啞鈴型開口 9縱向開設在兩貼片之間，可以等 效為LC諧振電路，改善了天線間的隔離特性，進而降低了相關性，提高了系 統的信道容量。
具體實施方式
三結合圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式一不同點在于第一貼片1和第二貼片2為矩形或"回"字形。其它組成和連 接方式與具體實施方式
一相同。第一貼片1和第二貼片2 "回"字形用以減小 貼片用量，獲得更好的阻抗匹配特性，展寬帶寬。
具體實施方式
四結合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一不同點在于天線主體和下地板3的寬度^為30mm 60mm，長度 為；為80mm 120mm。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五結合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一不同點在于第一貼片1和第二貼片2的寬度w為25mm 55mm， 長度為/為25mm 55mm。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六結合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一不同點在于第一貼片1和第二貼片2之間相鄰邊緣的距離s為 20mm 40mm，其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七結合圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不同點在于第一饋電微帶線4和第四饋電微帶線7的形狀和大小相同，第 一饋電微帶線4和第四饋電微帶線7的寬度g為0.4mm 2mm，長度為A為 10mm 15mm。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八結合圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式一不同點在于第二饋電微帶線5和第三饋電微帶線6的形狀和大小相同，第 二饋電微帶線5和第三饋電微帶線6的寬度e為0.4mm 2mm，長度為/為 7mm 13mm。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。饋電微帶線為50 歐姆，為滿足阻抗匹配的條件，可以通過調節微帶線的長度和寬度來調節阻抗 匹配。
方案三至方案八可以通過采用不同介電常數的基片來實現。
具體實施方式
九結合圖1至圖5說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一不同點在于本實施方式中天線主體的上層介質IO和中間介質11的 介電常數為4.3，天線主體和下地板3的尺寸為、x^-100m腦40m附，第一貼 片1和第二貼片2之間的距離^62rnm，第一貼片1和第二貼片2的尺寸均為 /x w = 30.4wmx31ww ,下地板3上的矩開-觀鈴型開口 9尺寸為a = 16ww ， 6 = 8.5wm ， c = 0.4mm， d = 4mm，第一饋電微帶線4和第四饋電微帶線7的尺寸均為 "y-13畫x0.4麗，第二饋電微帶線5和第三饋電微帶線6的尺寸均為 gx"9扁x0.4扁，第一饋電微帶線4和第四饋電微帶線7中心距邊緣的距離 為n-19m附，第二饋電微帶線5和第三饋電微帶線6中心距邊緣的距離為 m=20mm。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。.
根據上述參數我們可以得到以下參量，圖7到圖11表示各個饋電微帶線 4所組成的天線單元端口的在工作頻段處的隔離度，圖12表明第一饋電微帶 線4所組成的第一天線單元的水平極化方向圖和垂直極化方向圖，從中可以看 出，第一饋電微帶線4所組成的第一天線單元的極化純度很高。圖13表明第 二饋電微帶線5所組成的第二天線單元的水平極化方向圖和垂直極化方向圖， 雖然第二饋電微帶線5所組成的第二天線單元的極化純度沒有第一饋電微帶 線4所組成的第一天線單元那么高，但是在主輻射方向上，第一饋電微帶線4 所組成的第一天線單元在垂直極化方向上的增益還是要遠遠高于其在水平極 化方向上的增益。圖14表明兩空間分集第一饋電微帶線4所組成的第一天線單元和第三饋電微帶線6所組成的第三天線單元之間的相關系數隨頻率變化 曲線。該圖表明，在所需頻帶內，可以很好的滿足天線間相關性小于0.7的要 求。圖15表明第一饋電微帶線4所組成的第一天線單元和第二饋電微帶線5 所組成的第二天線單元之間的相關性系數，可以看出極化分集時多天線相關性 要比空間分集好很多。
具體實施方式
十結合圖6說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式九不同點在于下地板3上的圓形啞鈴型開口 9的半徑r為3.5mm。其它參數、 組成和連接方式與具體實施方式
九相同。本實施方式可得到比具體實施方式
九 更好的隔離效果。
本發明的工作原理
第一貼片1的輻射單元由第一饋電微帶線4和第二饋電微帶線5兩個饋 電微帶線來激勵，也就是說每個輻射貼片實際上相當于兩個天線單元，分別接 收空間當中的垂直極化波和水平極化波。這是由于微帶天線的輻射方式和耦合 饋電的特點，使天線獲得較高的極化純度，進而獲得較低的相關性。這里采用 的是極化分集方式。同樣，第二貼片2的輻射單元是由第三饋電微帶線6和第 四饋電微帶線7兩個饋電微帶線來激勵的。也就是用兩個輻射單元來實現四個 天線所起到的作用，實際上相當于每根微帶線對應一個天線單元。兩個輻射單 元之間靠缺陷地結構(DGS)來減小第一貼片1和第二貼片2之間的互耦，也 就是說，兩輻射貼片之間采用的是空間分集。
本發明是通過選定天線的類型和饋電形式；然后根據所需要的頻段，結合 所選擇的介質板，計算微帶天線的大致尺寸，并設計一個輻射貼片(即等效為 兩個天線單元)時的天線特性，包括駐波、方向圖、極化純度、相關性等；在 移動通信終端可能要求的空間內，調節兩個輻射貼片(即四個天線單元)的距 離并在地板上采用DGS結構，調節各個尺寸，達到較好的結果。本發明中多 天線系統可以采用常規的數字電路PCB工藝制作。同樣采用更高介電常數的 介質板也可以進一步減小天線的尺寸，但高介電常數的介質板通常增加成本。 本發明中的輻射單元的大小和間距可以通過調節介質層的介電常數來調節。本 發明所述結構可以滿足外觀上不大于120mmx80附m的移動終端的空間要求。
權利要求
1、具有高隔離低相關特性的MIMO移動終端多天線，其特征在于它由第一貼片(1)、第二貼片(2)、第一饋電微帶線(4)、第二饋電微帶線(5)、第三饋電微帶線(6)、第四饋電微帶線(7)、天線主體和下地板(3)組成；天線主體為雙層介質結構，所述的天線主體由上層介質(10)和中間介質(11)組成，天線主體的上表面左右間隔貼附有形狀大小相同的第一貼片(1)和第二貼片(2)，天線主體的下表面設置有下地板(3)，下地板(3)的中心位置設置有啞鈴型開口(9)；第一饋電微帶線(4)和第二饋電微帶線(5)為第一饋電微帶線組，第三饋電微帶線(6)和第四饋電微帶線(7)為第二饋電微帶線組，兩個饋電微帶線組設置在上層介質(10)和中間介質(11)之間，并分別位于第一貼片(1)和第二貼片(2)的一側，每個饋電微帶線組中的兩個饋電微帶線之間相互垂直且不相交，兩個饋電微帶線組的結構相互對稱。
2、 根據權利要求1所述的具有高隔離低相關特性的MIMO移動終端多天 線，其特征在于啞鈴型開口(9)的兩端為矩形或圓形結構。
3、 根據權利要求1所述的具有高隔離低相關特性的MIMO移動終端多天 線，其特征在于第一貼片(1)和第二貼片(2)為矩形或"回"字形。
4、 根據權利要求1所述的具有高隔離低相關特性的MIMO移動終端多天 線，其特征在于天線主體和下地板(3)的寬度^為30mm 60mm，長度為&為 80mm 120mm。
5、 根據權利要求1所述的具有高隔離低相關特性的MIMO移動終端多天 線，其特征在于第一貼片(l)和第二貼片(2)的寬度w為25mm 55mm，長度為/ 為25mm 55mm。
6、 根據權利要求1所述的具有高隔離低相關特性的MIMO移動終端多天 線，其特征在于第一貼片(1)和第二貼片(2)之間相鄰邊緣的距離s為20mm 40mm。
7、 根據權利要求1所述的具有高隔離低相關特性的MIMO移動終端多天 線，其特征在于第一饋電微帶線(4)和第四饋電微帶線(7)的形狀和大小相同， 第一饋電微帶線(4)和第四饋電微帶線(7)的寬度g為0.4mm 2mm，長度為A為 10mm 15mm。
8、 根據權利要求1所述的具有高隔離低相關特性的MIMO移動終端多天線，其特征在于第二饋電微帶線(5)和第三饋電微帶線(6)的形狀和大小相同，第二饋電微帶線(5)和第三饋電微帶線(6)的寬度e為0.4mm 2mm，長度為/為 7mm 13mm。
全文摘要
具有高隔離低相關特性的MIMO移動終端多天線，本發明涉及無線通信領域，它解決了在比較小的空間內集成多個天線的問題。它的天線主體為雙層介質結構，即上層介質和中間介質，其的上表面左右間隔貼附有形狀大小相同的第一、二貼片，其的下表面設置有下地板，下地板的中心設置有啞鈴型開口；第一饋電微帶線和第二饋電微帶線為第一饋電微帶線組，另兩個饋電微帶線為第二饋電微帶線組，兩個饋電微帶線組設置在上層介質和中間介質之間，并分別位于第一、二貼片的一側，每個饋電微帶線組中的饋電微帶線之間相互垂直且不相交，并結構相互對稱。它改善了天線間的隔離特性，降低了相關性，具有結構緊湊，易集成，占用空間小，可以用于MIMO移動終端，成本低廉。
文檔編號H01Q21/28GK101316008SQ200810064729
公開日2008年12月3日 申請日期2008年6月13日 優先權日2008年6月13日
發明者丁志勇, 劉美佳, 宋朝暉, 張乘風 申請人:哈爾濱工業大學