專利名稱：用于移動終端的平面型兩天線系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于移動終端多天線設計領域，涉及一種無線通信特別但不限于用 于多輸入多輸出通信系統移動終端的平面型兩天線系統的結構設計。
背景技術：
隨著人們對高速無線數據傳輸的需求日益增加，頻譜資源不足的矛盾日益 加劇，因此這大大激發了人們對有效利用頻譜資源的研究興趣。多輸入多輸出
(MIMO)技術的出現被認為是現代通信史上最重大的技術突破之一。MIMO通 信系統在無線通信收發兩端分別采用多天線技術，提高頻譜利用率，提高信噪 比，改善通信質量，極大的提高了通信系統的容量。MIMO無線系統把傳統無 線通信中認為有害的多徑信號作為一個有利因素加以利用，充分利用多徑信號 的隨機衰落特性及多徑延遲擴展特性提高系統的傳輸速率。
天線作為通信系統的重要組成部分，其性能對整個通信系統有重要的影響。 隨著MIMO通信系統的出現和發展，與之相對應的多天線設計已成為國內外學 者研究的熱點。因為移動終端正朝著小的體積，輕的重量，長的待機時間，低 的成本和多模多頻等方向發展，對于應用在移動終端上的多天線設計也提出了 十分巨大的挑戰。
移動通信終端的單天線形式很多，但支持MIMO功能并適用于移動終端的 多天線結構很少。已有的多天線結構為在采用兩根天線時，通常使兩個天線 盡量遠離，并且采用極化正交的方式安裝；在采用三根天線時，該結構采用安 裝在相互垂直的三個地平面上的三個天線單元構成，其中兩根天線的極化方向 正交，第三個地上的天線的極化方向與前兩根天線中的一根的正交，與另一根 極化方向相同，并在空間上遠離前兩根天線，減少了天線單元之間的相關性(采
3用了極化、空間分集)；在采用四根天線時，增加了一根安裝在平行于以上三個 地平面中的一個地平面上的天線；在這些地面上還可以安裝更多的天線；采用 的天線形式為傳輸線加載天線，如折疊單極、傳輸線加載單極、倒F、平面倒F 形天線。這種多天線結構，在尺寸方面，對于尺寸較大的移動終端如筆記本電 腦等較為適用，但對于尺寸較小的移動終端如手機、個人數字助理(PDA， Personal Digital Assistant)等則不適用；在結構方面，由于是三維結構，不容易 安裝和集成。
對于小尺寸的移動終端，由于天線單元之間的距離很小，空間、極化分集 的作用有限，通常天線單元之間的互耦(即一根天線輻射的能量耦合到了另一 根天線上)很大，使得天線的效率降低，從而降低通信系統的容量。因此，如 果能設計出結構緊湊、易集成、支持MIMO功能并適用于移動通信終端特別是 小尺寸移動終端的多天線結構，將使多天線技術應用于手持終端成為可能。
發明內容
本發明的目的是提供一種無線通信特別但不限于用于MIMO通信系統移動 終端的平面型兩天線系統的結構設計。它通過增加兩個寄生天線單元，減小了 輻射天線單元之間的互耦和相關性，從而提高天線的效率和增加通信系統的容 量；本發明利用了天線的空間和方向圖分集技術；采用平面結構，使天線與通 信系統易于集成；采用普通的數字電路的印刷電路板加工工藝，使天線成本很 低。
本發明的特征在于，含有介質板、輻射天線單元、微帶饋線、寄生天線 單元、以及金屬地，其中
介質板，呈矩形，是一塊印刷電路板；
輻射天線單元，包括兩個槽天線單元，縱向分布于所述印刷電路板背面的
4上方，左右鏡像對稱；
微帶饋線，共兩條，縱向分布于所述印刷電路板正面，分別橫跨各自對應 的所述槽天線單元，左右鏡像對稱，并各自在終端通過過孔接地；
寄生天線單元，包括兩個平面L型單極子天線單元，縱向分布于所述印刷 電路板正面的所述兩條微帶饋線上方，左右鏡像對稱，減小所述兩個輻射天線 單元之間的互耦，在L型彎折處有一個矩形塊區域，以調節其匹配和增加帶寬；
金屬地，位于所述印刷電路板背面，以模擬無線通信系統移動終端中除天 線外的其他部分。
本發明具有結構緊湊、易集成、低互耦、支持MIMO功能，適用于移動通 信終端特別是小尺寸移動終端的多天線結構的特點，而且采用普通數字電路制 造工藝，制造工藝簡單，成本低。
圖1為本發明提供的一種用于移動終端的平面型兩天線系統三維圖。 圖2為圖1的A向視圖即縱向剖面圖。
圖3為圖1的B向視圖即微帶饋線和寄生平面L型單極子天線單元的結構圖。
圖4為圖1的C向視圖即槽天線單元和金屬地的結構圖。
圖5為本發明天線的實施實例尺寸圖(B向視圖，左右對稱結構)，單位均
為毫米(mm)(圖中實線框部分為背面金屬地結構在這個面上的投影，虛線框
為介質板的邊緣)。
圖6為圖5實施實例的平面型兩天線系統的單元反射系數(S參數)圖。 圖7為圖5實施實例的平面型兩天線系統的單元之間耦合系數(S參數)圖。圖8.1a、圖8.1b、圖8.1c、圖8.2a、圖8.2b、圖8.2c為圖5實施實例的平 面型兩大線系統中一個槽天線單元接2.1G他的激勵，另寸槽天線單元接50
歐姆的匹配負載時，在y-z、 x-z和x-y三個平面的功率增益方向圖(-e
分量功率增益方向圖；----cp分量功率增益方向圖)圖8.1a-8.1c依次為左
側槽天線單元接2.1 GHz激勵右側槽天線單元接匹配負載時在y-z、 x-z和x-y .—-:個f面的功率增益方向圖；圖8.2a-8.2c依次為右側槽天線單元接2.1 GHz激 勵左側槽天線單元接匹配負載時在y-z、 x-z和x-y三個平面的功率增益方向閣。 對附圖中的標示說明如下
1、 2為1.5mm寬的微帶饋線；3為左側槽天線單元；4為右側槽天線單元； 5為左側微帶饋線終端的接地過孔；6為右側微帶饋線終端的接地過孔；7為左 側寄生，面L型單極子天線單元；8為右側寄生平面L型單極子天線單元；9 為金屬地；IO為所述天線的背面。
具體實施例方式
本發明提供一種無線通信特別但不限于用于MIMO通信系統移動終端的f-面型兩天線系統的結構設計，其三維結構示意圖如圖l所示。整個天線結構印 制在印刷電路板的兩個面上，包括微帶饋線l、 2，左側槽天線單元3，右側槽 天線單元4，左側微帶饋線終端的接地過孔5，右側微帶饋線終端的接地過孔6， 左側寄生平面L型單極子天線單元7，右側寄生平面L型單極子天線單元8， 金屬地9。
it-特征在于，兩個槽天線單元3和4位于印刷電路板的背面上部的兩側， 左右鏡像對稱，尺寸相同。槽天線單元由橫跨在其上方的微帶(阻抗應為50 歐姆)進行饋電，微帶在終端通過過孔接地。為了降低兩個槽天線單元之間的互耦，增加了兩個寄生的平面L型單極子天線單元7和8，位于印刷電路板的 正面，左右鏡像對稱，其中L型彎折處的矩形塊區域可以起到調節匹配，增加 帶寬的作用。金屬地9，位于印刷電路板的背面，用于模擬無線通信系統移動 終端中除天線外的其他部分。
本發明的技術方案是這樣實現的首先槽天線單元為1/4波長諧振模式， 因此可以根據工作頻段選取合適的槽天線單元尺寸；然后寄生平面L型單極子 天線單元亦為1/4波長諧振模式，它可以產生反向耦合從而降低總的耦合，因
此可以根據工作頻段選取合適的寄生平面L型單極子天線單元尺寸；最后，將
兩個尺寸進行一定的調整和聯合設計以滿足設計要求。
為了說明本發明提供的一種無線通信特別但不限于用于MIMO通信系統移
動終端的平面型兩天線系統的性能，下面給出一個具體實例。
在本例中，采用介質基片厚度為0.8 mm、相對介電常數為4.4，各部分尺寸 如圖5所示，圖中所有尺寸的單位均為毫米(mm)。
以圖5所示尺寸實測的平面型兩天線系統的單元反射系數S (由于結構
左右鏡像對稱，所以S22和Sn相等，這里略去S22)如圖6所示；實測的平面
型兩天線系統的單元之間耦合系數S21如圖7所示。由圖6可看出，單元的-10 dB 阻抗頻帶為1945 2140MHz;由圖7可看出，在工作頻段內單元之間的耦合系 數S^在-18.5dB以下。另夕卜，如圖8所示，通過實測的功率增益方向圖可看出， 工作在2.1 GHz時，平面型兩天線系統左右兩個單元的功率增益方向圖基本互 補，可以實現方向圖分集，滿足MIMO通信系統對移動終端多天線的要求。
權利要求
1、用于移動終端的平面型兩天線系統，其特征在于，含有介質板、輻射天線單元、微帶饋線、寄生天線單元、以及金屬地，其中介質板，呈矩形，是一塊印刷電路板；輻射天線單元，包括兩個槽天線單元，縱向分布于所述印刷電路板背面的上方，左右鏡像對稱；微帶饋線，共兩條，縱向分布于所述印刷電路板正面，分別橫跨各自對應的所述槽天線單元，左右鏡像對稱，并各自在終端通過過孔接地；寄生天線單元，包括兩個平面L型單極子天線單元，縱向分布于所述印刷電路板正面的所述兩條微帶饋線上方，左右鏡像對稱，減小所述兩個輻射天線單元之間的互耦，在L型彎折處有一個矩形塊區域，以調節其匹配和增加帶寬；金屬地，位于所述印刷電路板背面，以模擬無線通信系統移動終端中除天線外的其他部分。
2、 根據權利要求1所述的用于移動終端的平面型兩天線系統，其特征在于介質基片厚度為0.8mm、相對介電常數為4.4，槽天線單元長度為25.3mm，微帶饋線寬度為1.5mm，平面L型單極子天線單元長度為26mm。
全文摘要
用于移動終端的平面型兩天線系統屬于移動終端多天線設計領域，其特征在于印制在印刷電路板上，包括輻射天線單元、微帶饋線、寄生天線單元和金屬地。輻射天線單元包括兩個槽天線單元，位于印刷電路板的背面；微帶饋線位于印刷電路板的正面，橫跨在其對應的槽天線單元的上方，并在終端通過過孔接地；寄生天線單元，其作用是減小兩個輻射天線單元之間的互耦，包括兩個平面L型單極子天線單元，位于印刷電路板的正面；金屬地，位于印刷電路板的背面，用于模擬無線通信系統移動終端中除天線外的其他部分。本發明具有低互耦、低成本、易制作、易集成，特別適用于無線通信移動終端的特點。
文檔編號H01Q1/24GK101656346SQ20091008955
公開日2010年2月24日 申請日期2009年7月23日 優先權日2009年7月23日
發明者李正夷, 杜正偉, 克 龔 申請人:清華大學