專利名稱：新型的小型多輸入多輸出天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于天線技術(shù)與無線通信領(lǐng)域，涉及一種可在手機(jī)終端使用的多輸入多輸出(MMO)天線。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(multiple input multiple output,以下簡稱ΜΙΜΟ)技術(shù)是一種智能天線技術(shù)，它是指在通信系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端都采用多個(gè)天線進(jìn)行信號的發(fā)射與接收，以提高通信的質(zhì)量與性能。MIMO的核心概念是利用多根發(fā)射天線與多根接收天線來傳輸和接收同樣功率的能量時(shí)所具有的空間自由度來有效提升無線通信系統(tǒng)的頻譜效率，以提升傳輸速率并改善通信品質(zhì)。由于MIMO技術(shù)可以在不需要增加帶寬或總發(fā)送功率耗損(transmit power expenditure)的情況下大幅地增加系統(tǒng)的資料吞吐量(throughput)及傳送距離，使得此技術(shù)在無線通信領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用，并成為現(xiàn)代無線通信標(biāo)準(zhǔn)(例如 IEEE 802. IlN(WIFI), 4G, 3GPP Long term evolution (LTE) , WiMax 和 HSPA+) 的重要部分。MIMO天線作為MMO通信系統(tǒng)的重要組成部分，它的性能將極大的影響整個(gè)MMO通信系統(tǒng)的效率與質(zhì)量。影響MMO天線性能的主要因素包括天線的尺寸、工作頻段、阻抗及增益和多天線之間的隔離度。為了保證天線之間有較好的隔離度，使它們工作時(shí)候不相互干擾，天線之間的距離一般要達(dá)到半個(gè)工作波長，但這會導(dǎo)致整個(gè)天線變得很大，不利于終端的小型化與緊湊設(shè)計(jì)。為了降低天線之間互感，增大隔離度，同時(shí)保證尺寸較小，一般采用兩種辦法一是特殊的天線地面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比如地面凹槽；二是采用隔離結(jié)構(gòu)，如EBG周期結(jié)構(gòu)。兩種方法都可以在一定程度上減小MMO天線的尺寸同時(shí)保證天線隔離度較好，但是四分之一個(gè)工作波長的尺寸相對于手機(jī)終端來說仍然較大。而一種類似于帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)成為另外一種選擇。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型采用一種具有三個(gè)阻帶的濾波器結(jié)構(gòu)作為MMO天線的隔離結(jié)構(gòu)，并使之與兩個(gè)單天線緊湊安放，進(jìn)而設(shè)計(jì)出能夠工作在三個(gè)頻帶的MIMO天線，同時(shí)保證天線的尺寸較小和性能優(yōu)良。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是新型的小型多輸入多輸出天線，包括基底、兩個(gè)單天線和濾波器結(jié)構(gòu)；在基底上設(shè)置有兩個(gè)單天線和濾波器結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)單天線位于濾波器結(jié)構(gòu)上方，并成對稱設(shè)置。所述的單天線是由T型饋線和變形的口字形外圍結(jié)構(gòu)組成，T型饋線設(shè)置在變形的口字形外圍結(jié)構(gòu)內(nèi)，口字形外圍結(jié)構(gòu)靠近中心的一側(cè)邊呈半圓弧形狀，遠(yuǎn)離中心的一側(cè)邊與底邊分離；該單天線通過豎直設(shè)置的微帶線與地平面連接。所述的濾波器結(jié)構(gòu)由兩個(gè)變形的E字形結(jié)構(gòu)和中間的長微帶線組成，兩個(gè)E字形結(jié)構(gòu)呈對稱設(shè)置，E字形結(jié)構(gòu)的頂邊長于底邊，兩個(gè)變形的E字形結(jié)構(gòu)通過中邊與長微帶線連接.所述的單天線與所述的濾波器結(jié)構(gòu)的對稱軸重合，所述的長微帶線一端伸入兩個(gè)單天線之間，另一端與地平面連接。所述的長微帶線由兩段粗細(xì)不同的微帶線組成。本實(shí)用新型具有的有益效果是本實(shí)用新型的MMO天線具有緊湊的結(jié)構(gòu)，且能夠工作在2. 42GHz,3. 43GHz和5GHz三個(gè)頻段下，同時(shí)每個(gè)頻段內(nèi)天線都具有良好的隔離度、帶寬和增益，符合手機(jī)中對天線小型化和MIMO技術(shù)的要求，能夠用于手機(jī)終端。

圖I為天線的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2為單個(gè)天線的結(jié)構(gòu)圖；圖3為濾波器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖4為天線的測試結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳述 如圖I所示，本實(shí)用新型中MIMO天線由兩個(gè)單天線結(jié)構(gòu)1-1和一個(gè)濾波器結(jié)構(gòu)1_3組成。天線的總體尺寸是15_ X 14. 5mm,基底1_2米用的是手機(jī)終端中常用的FR-4材料，它的介電常數(shù)為4. 4,結(jié)構(gòu)參數(shù)為55mm x 50mm x 1.6mm。天線的地面1-4與天線結(jié)構(gòu)在一個(gè)平面上，大小為40 X 50mm，這種共面設(shè)計(jì)有利于天線的裝配。單天線的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它是由T型饋線2-2和變形的口字形外圍結(jié)構(gòu)2-1組成。T型饋線的尺寸為橫臂長3. Imm和寬O. 7mm,豎臂與橫臂的中心相連，長5. 8mm和寬
O.4mm ;與最右垂直壁的距離為O. 7mm,與上臂的距離為O. 6mm。右側(cè)垂直壁的長度為9mm，寬度為O. 5mm ;上側(cè)橫臂的長度為7mm,寬為I. 5mm ;左臂上的半圓弧的圓心在左臂的中點(diǎn)上，內(nèi)半徑為2. 5mm，外半徑為3. 5mm?？谧中徒Y(jié)構(gòu)的下橫臂的尺寸為7mm (長)x O. 8mm (寬)，與地面相連豎直微帶線2-3為5_ (長)X Imm (寬)，其中下橫臂與T型饋線的豎臂之間的距離為O. 4臟，與最右側(cè)上端的垂直臂的距離為O. 6mm。兩個(gè)單天線的間距為1mm。單天線工作在3. 32GHz和5. 28GHz兩個(gè)頻段內(nèi)(Sll〈_10dB)。當(dāng)兩個(gè)天線緊密放置且不加濾波器結(jié)構(gòu)時(shí)，此時(shí)天線具有更好的阻抗匹配(Sll更小)，但兩個(gè)天線的隔離度很差，S21僅僅達(dá)到-7dB，不符合要求。濾波器結(jié)構(gòu)如圖3所示，它是由兩個(gè)變形的E字形結(jié)構(gòu)3-2和中間的長微帶線構(gòu)成。其中E字型的上橫臂(頂邊)的長度為4. 86mm,寬度為O. 5mm ;下橫臂(底邊)的長度為4mm,寬度為O. 5mm沖橫臂(中邊)的長度為5. 5mm,寬度為O. 3mm,與頂邊的距離為E字型結(jié)構(gòu)垂直高度的1/4大??；豎臂的高度為4. 55，寬度為O. 54_。中間長微帶線由兩段粗細(xì)不同的微帶線組成，上端細(xì)微帶線3-1的長度為6. 8mm,寬度為O. 4mm ;下端粗微帶線3_3的長度為2. 76mm,寬度為1mm。該結(jié)構(gòu)的阻帶為I. 67-2. 45GHz, 3-3. 6GHz和5. 06_6GHz，且在
2.42GHz處S21特別小，也就是對此頻率下的信號傳輸幾乎不存在阻礙。[0022]兩個(gè)單天線和濾波器結(jié)構(gòu)的放置如圖I所示，可以看出，整個(gè)天線功能鮮明、結(jié)構(gòu)緊湊和設(shè)計(jì)新穎。當(dāng)每個(gè)單天線工作在3. 43GHz和5GHz頻段時(shí)，由于濾波器結(jié)構(gòu)會隔離這兩個(gè)帶寬內(nèi)的信號傳輸，使得兩個(gè)單天線都能夠在該頻段各自正常工作，不會因?yàn)榛ジ行?yīng)影響到對方。同時(shí)因?yàn)闉V波結(jié)構(gòu)的加入，使得整個(gè)天線系統(tǒng)在2. 42GHz下也產(chǎn)生了諧振，也就是天線在此頻率也能進(jìn)行信號的傳輸。因此整個(gè)天線結(jié)構(gòu)能夠工作在2. 42GHz、
3.43GHz和5GHz三個(gè)頻段下，且都有良好的隔離度(<10dB)。整個(gè)天線在三頻段下的測試結(jié)果如圖4所示。測量結(jié)果顯示，天線在三個(gè)工作頻段2. 42GHz，3. 43GHz和5GHz下的傳輸特性(Sll)和隔離效果(S21)都很理想，符合應(yīng)用要求，可以應(yīng)用到手機(jī)終端的天線系統(tǒng)上。本實(shí)用新型的MMO天線的優(yōu)點(diǎn)包括(I)結(jié)構(gòu)緊湊。如圖1，兩個(gè)單天線與濾波器結(jié)構(gòu)緊湊放置，整個(gè)天線的尺寸只有 15mm X 14. 85mm，符合手機(jī)天線小型化的要求。兩個(gè)單天線距離很小(不到1mm)，但是隔離度卻表現(xiàn)良好(<-10dB)。T型饋線與左右兩壁的距離會影響諧振頻率，與上壁的距離影響阻抗匹配。通過調(diào)節(jié)T型饋線與四周連接線的距離可以有效的調(diào)節(jié)天線的輻射特性和阻抗特性，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際條件改善天線的性能。(2)三頻段工作。如圖4所示，由于單天線和濾波器結(jié)構(gòu)的共同作用，天線可以正常工作在2. 42GHz, 3. 43GHz和5GHz三個(gè)頻段下，符合wifi和wimax的工作要求，適用于手機(jī)終端無線上網(wǎng)服務(wù)。三個(gè)頻段下的Sll都小于-10dB，變現(xiàn)出良好的傳輸特性。且在
3.43GHz和5GHz處都擁有超過500MHz的帶寬，大的帶寬可以增加天線的應(yīng)用范圍和信道容量。(3)隔離度高。如圖4，MMO天線的在三個(gè)頻段下的S21都小于_10dB，擁有良好的隔離度。濾波器結(jié)構(gòu)和單天線變現(xiàn)出良好的共同工作特性。兩個(gè)單天線都仍然能在各自的工作頻率下正常工作，同時(shí)濾波器結(jié)構(gòu)不僅阻隔了 3. 43GHz和5GHz頻段下兩個(gè)單天線的互感，而且還增加了 2. 42GHz這一工作頻段，顯著增強(qiáng)了整個(gè)MMO天線的工作性能與適用范圍；(4)性能優(yōu)良。三個(gè)頻率點(diǎn)2. 54GHz, 3. 46GHz和5. 23GHz下仿真得到的天線增益分別為O. 72dBi，3. 135dBi和2. 197dBi，符合手機(jī)終端的使用要求。并且2. 42GHz，
3.43GHz,和4. 92-5. 4 GHz頻段下天線的輻射效率分別為64. 6%，83% and 80%.，效率較高。同時(shí)整個(gè)天線系統(tǒng)具有良好全向輻射特性，同時(shí)交叉極化和主極化增益彼此相等，可以有效地提高終端M頂O天線的分集接收性能。本實(shí)用新型陳述了一種新型的小型多輸入多輸出天線，創(chuàng)新性地把濾波器結(jié)構(gòu)加入到兩個(gè)單天線之間，使得MMO天線在工作頻段內(nèi)擁有良好的隔離度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)三頻段工作，同時(shí)整個(gè)天線結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸很小，適用于手機(jī)終端。本實(shí)用新型中天線基底采用的是FR-4材料，是手機(jī)終端中最常用的基底材料之一。而單天線和濾波器結(jié)構(gòu)都是用銅加工制作而成，成本低廉且加工方便。綜上所述，設(shè)計(jì)出的MMO天線不僅克服了傳統(tǒng)MMO天線的隔離結(jié)構(gòu)尺寸大的問題，而且還具有隔離度很高，三頻段工作，結(jié)構(gòu)簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此有著廣闊的應(yīng)用價(jià)值和市場潛力。
權(quán)利要求1.新型的小型多輸入多輸出天線，包括基底、兩個(gè)單天線和濾波器結(jié)構(gòu)，其特征在于在基底上設(shè)置有兩個(gè)單天線和濾波器結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)單天線位于濾波器結(jié)構(gòu)上方，并成對稱設(shè)置； 所述的單天線是由T型饋線和變形的口字形外圍結(jié)構(gòu)組成，T型饋線設(shè)置在變形的口字形外圍結(jié)構(gòu)內(nèi)，口字形外圍結(jié)構(gòu)靠近中心的一側(cè)邊呈半圓弧形狀，遠(yuǎn)離中心的一側(cè)邊與底邊分離；該單天線通過豎直設(shè)置的微帶線與地平面連接； 所述的濾波器結(jié)構(gòu)由兩個(gè)變形的E字形結(jié)構(gòu)和中間的長微帶線組成，兩個(gè)E字形結(jié)構(gòu)呈對稱設(shè)置，E字形結(jié)構(gòu)的頂邊長于底邊，兩個(gè)變形的E字形結(jié)構(gòu)通過中邊與長微帶線連接; 所述的單天線與所述的濾波器結(jié)構(gòu)的對稱軸重合，所述的長微帶線一端伸入兩個(gè)單天線之間，另一端與地平面連接； 所述的長微帶線由兩段粗細(xì)不同的微帶線組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型的小型多輸入多輸出天線?，F(xiàn)有的天線在滿足天線隔離度較好情況下，其四分之一個(gè)工作波長的尺寸相對于手機(jī)終端來說仍然較大。本實(shí)用新型包括基底、兩個(gè)單天線和濾波器結(jié)構(gòu)；在基底上設(shè)置有兩個(gè)單天線和濾波器結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)單天線位于濾波器結(jié)構(gòu)上方，并成對稱設(shè)置。本實(shí)用新型具有緊湊的結(jié)構(gòu)，且能夠工作在2.42GHz、3.43GHz和5GHz三個(gè)頻段下，同時(shí)每個(gè)頻段內(nèi)天線都具有良好的隔離度、帶寬和增益，符合手機(jī)中對天線小型化和MIMO技術(shù)的要求，能夠用于手機(jī)終端。
文檔編號H01Q1/52GK202601832SQ20122023003
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者胡駿, 孔純成, 何賽靈 申請人:浙江大學(xué)