緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線及其mimo通信系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線及其MIMO通信系統，包括：一PCB地板，在一邊緣上具有凈空區；一環路地輻射天線，設置在所述PCB地板的凈空區上，且與所述PCB地板的非凈空區連接，兩個分支激勵PCB地板輻射形成兩條諧振回路；及一對稱單極子天線，設置在所述PCB地板的凈空區的上方，包括饋線、低頻對稱分支和高頻對稱分支，所述低頻對稱分支和高頻對稱分支通過饋線連接所述PCB地板的非凈空區，兩個分支激勵PCB地板輻射形成兩條諧振通路；其中，所述環路地輻射天線和對稱單極子天線在每個頻段激勵PCB地板生成的電流正交。本發明利用電流的正交性，可以在非常有限的空間內實現高隔離度雙頻覆蓋，隔離度可以達25dB以上。
【專利說明】
緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線及其MI MO通信系統
技術領域
[0001]本發明涉及移動終端設備天線技術，特別涉及的是一種緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線及其MIMO(Multiple-1nput 11111:丨口16-011丨口111:，多輸入多輸出)通信系統。
【背景技術】
[0002]移動通信終端業務的快速發展帶動了無線終端天線產業的繁榮，同時對終端天線也提出了更高的要求，要求天線具有多頻帶、小體積、高效率等性能。而目前的無線網絡傳輸速率，已無法滿足當前高數據傳輸率的應用要求，越來越多提高數據傳輸率的技術應用而生，Mnro就是其中一種，Mnro技術是指在無線信道中采用多個天線實現收發，在不增加帶寬的情況下，可以成倍地提高通信系統的容量，但多天線系統的技術瓶頸在于天線間的耦合效應會使得多天線間的輸出信號具有很大的相關性，嚴重干擾無線信號的傳輸。為了降低信號之間的相關性，必須想辦法提高MMO系統中天線之間的隔離度。
[0003]解決天線之間耦合效應的最簡單的方法為拉大天線之間的距離，但是，當前無線終端系統的空間有限，而且耦合問題隨著天線數量的增多更加嚴重。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線及其MMO通信系統，利用電流的正交性，可以在非常有限的空間內實現高隔離度雙頻覆蓋，隔離度可以達25dB以上。
[0005]為解決上述問題，本發明提供一種緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，包括:
[0006]— PCB地板，在一邊緣上具有凈空區；
[0007]—環路地輻射天線，設置在所述PCB地板的凈空區上，且與所述PCB地板的非凈空區連接，所述環路地輻射天線的兩個分支激勵PCB地板輻射形成兩條諧振回路;及
[0008]一對稱單極子天線，設置在所述PCB地板的凈空區的上方，包括饋線、低頻對稱分支和高頻對稱分支，所述低頻對稱分支和高頻對稱分支通過饋線連接所述PCB地板的非凈空區，通過所述低頻對稱分支和高頻對稱分支激勵PCB地板輻射形成兩條諧振通路；
[0009]其中，所述環路地輻射天線和對稱單極子天線在每個頻段激勵PCB地板生成的電流正交。
[0010]根據本發明的一個實施例，所述對稱單極子天線的低頻對稱分支和高頻對稱分支位于所述饋線的同側或異側，饋線一端連接在低頻對稱分支的對稱線和高頻對稱分支的對稱線上、另一端連接所述PCB地板的非凈空區。
[0011]根據本發明的一個實施例，所述低頻對稱分支的對稱兩側等長、形狀相同；高頻對稱分支的對稱兩側等長、形狀相同。
[0012]根據本發明的一個實施例，所述低頻對稱分支包括兩個開口相對的U型金屬片，且兩U型金屬片的開口單側相連，所述高頻對稱分支包括兩個直金屬片，且兩直金屬片的一端相連；
[0013]或者，所述低頻對稱分支包括兩個直金屬片，且兩直金屬片的一端相連，所述高頻對稱分支包括兩個開口相對的U型金屬片，且兩U型金屬片的開口單側相連；
[0014]或者，所述低頻對稱分支和所述高頻對稱分支均包括兩個直金屬片，且兩直金屬片的一端相連；
[0015]或者，所述低頻對稱分支和所述高頻對稱分支均由包括兩個開口相對的U型金屬片，且兩U型金屬片的開口單側相連。
[0016]根據本發明的一個實施例，所述低頻對稱分支和/或所述高頻對稱分支由兩個L型金屬片的豎部自由端連接形成。
[0017]根據本發明的一個實施例，所述對稱單極子天線位于所述PCB地板的凈空區的正上方。
[0018]根據本發明的一個實施例，所述PCB地板為單面覆銅介質板，且在所述凈空區不覆銅。
[0019]根據本發明的一個實施例，所述環路地輻射天線包括:
[0020]T型導帶分支，包括構成橫向部分的第一分支和第二分支、構成豎向部分的第三分支，所述第一分支和第二分支向所述第三分支的兩側延伸，且所述第一分支的末端通過第一集總電容連接到PCB地板的非凈空區上;第二分支的末端通過第二集總電容連接到PCB地板的非凈空區上；
[0021 ]第四分支，一端連接到第三分支，另一端連接到PCB地板的非凈空區上，且與PCB地板非凈空區的連接處連接饋源；
[0022]所述第四分支、第三分支、第一分支、第一集總電容與PCB地板的非凈空區構成第一諧振回路，所述第四分支、第三分支、第二分支、第二集總電容與PCB地板的非凈空區構成第二諧振回路。
[0023]根據本發明的一個實施例，所述環路地輻射天線還包括有第五分支，所述第五分支的一端連接到第三分支的末端，另一端通過第三集總電容連接到PCB地板的非凈空區上；所述第四分支、第五分支、第三集總電容與PCB地板的非凈空區構成匹配回路。
[0024]根據本發明的一個實施例，環路地輻射天線和對稱單極子天線均減少或增加相應的分支，從而各自形成單頻諧振或多頻諧振。
[0025]本發明還提供一種MMO通信系統，包括前述實施例中任意一項所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線。
[0026]采用上述技術方案后，本發明相比現有技術具有以下有益效果:
[0027]利用PCB地板上一小塊凈空加載環路地輻射天線，驅動PCB地板輻射實現雙頻覆蓋，同時再采用對稱單極子天線驅動PCB地板輻射，同樣實現雙頻覆蓋，這兩種方式激勵的地板輻射電流剛好正交，提高了這兩個天線的隔離度，在無線終端空間受限的情況下，利用電流的正交性，在非常有限的空間內實現高隔離度雙頻覆蓋，隔離度可以達25dB以上，可有效提高M頂O通信系統的通信容量。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明實施例的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線的結構示意圖；
[0029]圖2是本發明實施例的環路地輻射天線的結構示意圖；
[0030]圖3是本發明實施例的對稱單極子天線的結構示意圖；
[0031 ]圖4是本發明實施例的環路地輻射天線的回波損耗示意圖；
[0032]圖5是本發明實施例的對稱單極子天線的回波損耗示意圖；
[0033]圖6是本發明實施例的環路地輻射天線和對稱單極子天線的隔離度示意圖；
[0034]圖7是本發明實施例的環路地輻射天線和對稱單極子天線的輻射效率曲線；
[0035]圖8和9分別是本發明實施例的環路地輻射天線2.45GHz和5.5GHz頻點地板電流分布圖；
[0036]圖10和11分別是本發明實施例的對稱單極子天線2.45GHz和5.5GHz頻點地板電流分布圖；
[0037]圖12是本發明另一實施例的對稱單極子天線的結構示意圖；
[0038]圖13是本發明又一實施例的對稱單極子天線的結構示意圖；
[0039]圖14是本發明再一實施例的對稱單極子天線的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0040]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0041]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。
[0042]參看圖1，本實施例的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，包括:一PCB(Printed Circuit Board，印制電路板)地板I，一環路地福射天線2及一對稱單極子(Monopole)天線 3 ο
[0043]PCB地板I在其一邊緣上具有凈空區，凈空區是指非導電材質覆蓋區，除該凈空區之外最好全是非凈空區。凈空區的大小足以容納回路地輻射天線即可。PCB地板I的形狀可以為長方形、正方形或多邊形等，凈空區的形狀可以為長方形、正方形或多邊形等，具體不做限制。
[0044]環路地輻射天線2設置在PCB地板I的凈空區上，且與PCB地板I的非凈空區連接，在兩個頻段，通過兩個不同分支激勵PCB地板I輻射形成兩條諧振回路。也即，環路地輻射天線2和PCB地板I共同形成諧振回路，并兩個不同頻點信號驅動下，實現雙頻諧振。
[0045]對稱單極子天線3設置在PCB地板I的凈空區的上方，包括饋線、低頻對稱分支和高頻對稱分支。低頻對稱分支和高頻對稱分支通過饋線連接PCB地板I的非凈空區，在兩個頻段，通過低頻對稱分支和高頻對稱分支兩個分支激勵PCB地板I輻射形成兩條諧振通路。也即，對稱單極子天線3在和環路地輻射天線2的相同頻段的信號驅動下，激勵相同的PCB地板I形成諧振通路，在兩個頻點下實現另一雙頻諧振。
[0046]其中，環路地輻射天線和對稱單極子天線在每個頻段激勵PCB地板生成的電流正交，環路地輻射天線2、對稱單極子天線3和PCB地板I構成一高隔離度雙頻天線。換言之，環路地輻射天線2和對稱單極子天線3各自激勵PCB地板I形成雙頻諧振，且兩個天線在各頻諧振時的電流剛好相互正交，因而兩個天線雙頻諧振的隔離度較高。
[0047]環路地輻射天線2和對稱單極子天線3的具體結構可以根據需要進行設計或調整。保證環路地輻射天線2設置在PCB地板I的凈空區表面上，激勵地板I形成雙頻諧振，而對稱單極子天線3設置在PCB地板I的凈空區的上方，同時激勵地板I形成雙頻諧振，且兩天線的諧振電流正交即可。環路地輻射天線2和對稱單極子天線3之間無直接接觸。
[0048]在一個具體的實施例中，參看圖2，環路地輻射天線可以包括:T型導帶分支，包括構成橫向部分的第一分支23和第二分支24、構成豎向部分的第三分支25，第一分支23和第二分支24向第三分支25的兩側延伸，且第一分支23的末端通過第一集總電容51連接到PCB地板I的非凈空區上;第二分支24的末端通過第二集總電容52連接到PCB地板I的非凈空區上;第四分支21，一端連接到第三分支25，另一端連接到PCB地板I的非凈空區上，且與PCB地板I非凈空區的連接處連接饋源4。其中，第四分支21、第三分支25、第一分支23、第一集總電容51與PCB地板I的非凈空區構成第一諧振回路，第四分支21、第三分支25、第二分支24、第二集總電容52與PCB地板I的非凈空區構成第二諧振回路。
[0049]第一分支23和第二分支24沿PCB地板I凈空區的外側邊設置，且第一分支24和第二分支24的沿線都是凈空區。第四分支21連接到第三分支25的左側或右側的PCB地板I的非凈空區上。
[0050]進一步的，環路地輻射天線還包括有第五分支22。第五分支22的一端連接到第三分支25的末端，另一端通過第三集總電容53連接到PCB地板I的非凈空區上;第四分支21、第五分支22、第三集總電容53與PCB地板I的非凈空區構成匹配回路。
[0051]第五分支22與第四分支21的連接結構優選呈U型結構。第五分支22可沿第三分支25的延長線設置。
[0052]調節第一集總電容51以及第四分支21、第一分支23、第三分支25可以調諧頻率，使其諧振于第一諧振頻段。調節第二集總電容52以及第四分支21、第二分支24、第三分支25可以調諧頻率，使其諧振于第二諧振頻段。第四分支21、第五分支22、第三集總電容53構成匹配回路，調節第三集總電容53以及第四分支21、第五分支22，可以調節第一諧振頻段和第二諧振頻段的諧振深度。
[0053]對稱單極子天線3的低頻對稱分支和高頻對稱分支可以位于饋線的同側或異側，饋線一端連接在低頻對稱分支的對稱線和高頻對稱分支的對稱線上、另一端連接PCB地板的非凈空區。
[0054]所述低頻對稱分支包括兩個開口相對的U型金屬片，且兩U型金屬片的開口單側相連，所述高頻對稱分支包括兩個直金屬片，且兩直金屬片的一端相連；
[0055]在一個實施例中，參看圖1和圖3，對稱單極子天線3設于凈空區上方，具體位于環路地輻射天線2的正上方，低頻對稱分支31和高頻對稱分支32設置在饋線33的同側。低頻對稱分支31兩個開口相對的U型金屬片，且兩U型金屬片的開口單側相連;高頻對稱分支32包括兩個直金屬片，且兩直金屬片的一端相連。低頻對稱分支31和高頻對稱分支32的對稱線平行于環路地輻射天線的第三分支25。兩U型金屬片的開口單側相連是指，兩個U型金屬片位置相對設置之后，兩個開口的同一側連接起來，另一側不連。
[0056]在另一個實施例中，參看圖12，對稱單極子天線3b設于凈空區上方，具體位于環路地輻射天線2的正上方，低頻對稱分支31b和高頻對稱分支32b設置在饋線33b的異側。低頻對稱分支31b兩個開口相對的U型金屬片，且兩U型金屬片的開口單側相連;高頻對稱分支32b包括兩個直金屬片，且兩直金屬片的一端相連。低頻對稱分支3 Ib和高頻對稱分支32b的對稱線平行于環路地輻射天線2的第三分支25。
[0057]在又一個實施例中，參看圖13，對稱單極子天線3c設于凈空區上方，具體位于回路地輻射天線2的正上方，低頻對稱分支31c和高頻對稱分支32c設置在饋線33c的異側。低頻對稱分支31c可包括兩個直金屬片，且兩直金屬片的一端相連，高頻對稱分支32c由兩個開口相對的U型金屬片，且兩U型金屬片的開口單側相連。低頻對稱分支31c和高頻對稱分支32c的對稱線平行于環路地輻射天線2的第三分支25。
[0058]在再一個實施例中，參看圖14，對稱單極子天線3a設于凈空區上方，具體位于環路地輻射天線2的正上方，低頻對稱分支31a和高頻對稱分支32a設置在饋線33a的同側。低頻對稱分支3 Ia和高頻對稱分支32a均包括兩個直金屬片，且兩直金屬片的一端相連。低頻對稱分支31a和高頻對稱分支32a的對稱線平行于環路地輻射天線2的第三分支25。
[0059]當然，還可以有更多的形狀結構。低頻對稱分支和高頻對稱分支還可均兩個開口相對的U型金屬片，且兩U型金屬片的開口單側相連。或者，前述實施例的低頻對稱分支和/或高頻對稱分支替換為由兩個L型金屬片的豎部自由端連接形成。
[0060]低頻對稱分支和高頻對稱分支在對稱點的部位連接起來且連接到饋線上。低頻對稱分支和高頻對稱分支的對稱兩側的形狀大小均不作為限制，可以在前述實施例的基礎上變化，例如可以將U型替換為V型等，只要保證低頻對稱分支的對稱兩側等長、形狀相同；高頻對稱分支的對稱兩側等長、形狀相同。
[0061 ]較佳的，對稱單極子天線位于PCB地板的凈空區的正上方。
[0062]優選的，PCB地板可以為單面覆銅介質板，且在凈空區不覆銅。當然，PCB底板還可以為單面覆其他導電層的介質板，凈空區不覆該其他導電層。
[0063]本發明實施例不限于雙頻天線，還可以形成單頻或多天線。環路地輻射天線和對稱單極子天線均減少或增加相應的分支，從而各自形成單頻諧振或多頻諧振。減少或增加相應的分支數量、結構及位置可以根據實際需要設計調整，具體不做限制。
[0064]根據本發明實施例設計一高隔離度雙頻天線。參看圖4，環路地輻射天線回波損耗，以-4.5dB的回波損耗為參考點，低頻帶寬覆蓋2300MHz到2500MHz，高頻覆蓋5120MHz到5860MHz。參看圖5，對稱單極子天線回波損耗，以-5dB的回波損耗為參考點，低頻帶寬覆蓋2320MHz到2500MHz，高頻覆蓋5000MHz到5960MHz。參看圖6，兩個天線之間的隔離度，在低頻2320MHz到2500MHz范圍內，隔離度可達25dB以上，在高頻5000MHz到5960MHz范圍內，隔離度可達28dB以上。參看圖7，兩個天線的輻射效率，均具有較佳的輻射效率。圖8-9為環路地輻射天線2.45GHz和5.5GHz頻點地板上電流分布，圖10_11為對稱單極子天線2.45GHz和5.5GHz頻點地板上電流分布，從圖中可以看到，對于對稱單極子天線而言，分支31和32上的電流是反向的，所以這兩個分支是不會輻射電磁波的，他們的作用為激勵地板輻射，同時我們看到在2.45GHz頻點，環路地輻射天線和對稱單極子天線激勵的地板上的電流剛好是正交的，所以隔離度較好，同樣在5.5GHz頻點地板上電流也剛好正交，隔離度也會較好。
[0065]本發明還提供一種MMO通信系統，包括前述實施例中任意一項所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線。
[0066]本發明實施例利用PCB地板上一小塊凈空加載環路地輻射天線，驅動PCB地板輻射實現雙頻覆蓋，同時再采用對稱單極子天線驅動PCB地板輻射，同樣實現雙頻覆蓋，這兩種方式激勵的地板輻射電流剛好正交，提高了這兩個天線的隔離度，在無線終端空間受限的情況下，利用電流的正交性，在非常有限的空間內實現高隔離度雙頻覆蓋，隔離度可以達25dB以上，可有效提高MMO通信系統的通信容量。
[0067]本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權利要求，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護范圍應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。
【主權項】
1.一種緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，其特征在于，包括: 一PCB地板，在一邊緣上具有凈空區； 一環路地輻射天線，設置在所述PCB地板的凈空區上，且與所述PCB地板的非凈空區連接，所述環路地輻射天線的兩個分支激勵PCB地板輻射形成兩條諧振回路;及 一對稱單極子天線，設置在所述PCB地板的凈空區的上方，包括饋線、低頻對稱分支和高頻對稱分支，所述低頻對稱分支和高頻對稱分支通過饋線連接所述PCB地板的非凈空區，通過所述低頻對稱分支和高頻對稱分支兩個分支激勵PCB地板輻射形成兩條諧振通路；其中，所述環路地輻射天線和對稱單極子天線在每個頻段激勵PCB地板生成的電流正交。2.如權利要求1所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，其特征在于，所述對稱單極子天線的低頻對稱分支和高頻對稱分支位于所述饋線的同側或異側，饋線一端連接在低頻對稱分支的對稱線和高頻對稱分支的對稱線上、另一端連接所述PCB地板的非凈空區。3.如權利要求1所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，其特征在于，所述低頻對稱分支的對稱兩側等長、形狀相同；高頻對稱分支的對稱兩側等長、形狀相同。4.如權利要求3所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，其特征在于，所述低頻對稱分支包括兩個開口相對的U型金屬片，且兩U型金屬片的開口單側相連，所述高頻對稱分支包括兩個直金屬片，且兩直金屬片的一端相連； 或者，所述低頻對稱分支包括兩個直金屬片，且兩直金屬片的一端相連，所述高頻對稱分支包括兩個開口相對的U型金屬片，且兩U型金屬片的開口單側相連； 或者，所述低頻對稱分支和所述高頻對稱分支均包括兩個直金屬片，且兩直金屬片的一端相連； 或者，所述低頻對稱分支和所述高頻對稱分支均由包括兩個開口相對的U型金屬片，且兩U型金屬片的開口單側相連。5.如權利要求4所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，其特征在于，所述低頻對稱分支和/或所述高頻對稱分支由兩個L型金屬片的豎部自由端連接形成。6.如權利要求1所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，其特征在于，所述對稱單極子天線位于所述PCB地板的凈空區的正上方。7.如權利要求1所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，其特征在于，所述PCB地板為單面覆銅介質板，且在所述凈空區不覆銅。8.如權利要求1所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，其特征在于，所述環路地輻射天線包括: T型導帶分支，包括構成橫向部分的第一分支和第二分支、構成豎向部分的第三分支，所述第一分支和第二分支向所述第三分支的兩側延伸，且所述第一分支的末端通過第一集總電容連接到PCB地板的非凈空區上;第二分支的末端通過第二集總電容連接到PCB地板的非凈空區上； 第四分支，一端連接到第三分支，另一端連接到PCB地板的非凈空區上，且與PCB地板非凈空區的連接處連接饋源； 所述第四分支、第三分支、第一分支、第一集總電容與PCB地板的非凈空區構成第一諧振回路，所述第四分支、第三分支、第二分支、第二集總電容與PCB地板的非凈空區構成第二諧振回路。9.如權利要求7所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，其特征在于，所述環路地輻射天線還包括有第五分支，所述第五分支的一端連接到第三分支的末端，另一端通過第三集總電容連接到PCB地板的非凈空區上;所述第四分支、第五分支、第三集總電容與PCB地板的非凈空區構成匹配回路。10.如權利要求1所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線，其特征在于，環路地輻射天線和對稱單極子天線均減少或增加相應的分支，從而各自形成單頻諧振或多頻諧振。11.一種MMO通信系統，其特征在于，包括權利要求1-9中任意一項所述的緊湊型激勵地板正交輻射的高隔離度天線。
【文檔編號】H01Q5/10GK106058456SQ201610666575
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月12日 公開號201610666575.6, CN 106058456 A, CN 106058456A, CN 201610666575, CN-A-106058456, CN106058456 A, CN106058456A, CN201610666575, CN201610666575.6
【發明人】徐利軍, 胡瀝
【申請人】上海安費諾永億通訊電子有限公司