專利名稱：多輸入多輸出陣列天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通訊天線領域，尤其涉及一種MIM0(Multiple InputMultiple Output，多輸入多輸出)陣列天線。
背景技術：
頻譜資源的不足嚴重阻礙了無線通信技術的發(fā)展，隨著無線通信向大容量、高傳 輸率和高可靠性方向的發(fā)展，這種瓶頸作用變得愈加明顯。如何最大限度的使用有限的頻 譜資源成為當前研究的熱門話題。在過去的二十多年中，提出了許多新技術，但無論是采用 常規(guī)發(fā)射分集或者接收分集方法，還是智能天線技術，都不足以滿足現(xiàn)今對大信道容量和 高質(zhì)量通信的需求，而MIMO技術無疑是眾多方法中最具潛力和最具優(yōu)勢的。MIMO技術是無線移動通信領域的重大突破，是一種多輸入多輸出技術，即在無線 通信系統(tǒng)的接收端和發(fā)射端都配備有多個端口，創(chuàng)造出多個并行空間信道，多個信息流經(jīng) 過多個信道在同一頻帶同時傳輸，可以成倍的增加系統(tǒng)容量，提高頻譜的利用效率。MIMO系 統(tǒng)的核心思想是空時信號處理，即在原來時間維的基礎上，通過使用多副天線來增加空間 維，從而實現(xiàn)多維信號處理，獲得空間復用增益或空間分集增益。同時隨著LTE(Long Term Evolution，長期演進)產(chǎn)業(yè)的推進，目前4G所必需的 MIMO天線系統(tǒng)對終端天線的設計與評估又提出了新的挑戰(zhàn)一方面用戶要求小型化高質(zhì) 量的用戶體驗，另一方面MIMO天線系統(tǒng)要求各個天線具有平衡的射頻和電磁性能的同時， 具有高隔離度和低相關性系數(shù)。多方面的矛盾在LTE終端天線的設計和系統(tǒng)方案階段已經(jīng) 凸顯。天線作為接收和發(fā)射裝置，其電氣性能和陣列配置是影響系統(tǒng)性能的重要因素。相 距很近的天線單元間具有很強的耦合，耦合電流會直接影響天線的輻射特性，因此天線陣 中天線單元的間距一般大于二分之一波長。而在小尺寸移動通訊系統(tǒng)中，受限于接收機或 發(fā)射機的尺寸、整機的尺寸，不可能提供二分之一波長的間距，因此在有限的空間內(nèi)放置多 個相關性很小的MIMO天線是有困難的，這就使得天線之間的強耦合的去除問題成為迫切 需要解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題就是克服尺寸限制，提供一種用于小尺寸移動通訊終端 的弱耦合MIMO陣列天線。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種多輸入多輸出陣列天線，包括介質(zhì)材料板、天 線單元、地板和去耦網(wǎng)絡，所述天線單元位于所述介質(zhì)材料板的一端，對稱分布于介質(zhì)材料 板的中心線兩側(cè)，構(gòu)成天線陣；所述天線單元通過結(jié)構(gòu)件與介質(zhì)材料板連接，通過彈片或焊 點與去耦網(wǎng)絡連接；所述去耦網(wǎng)絡印制在介質(zhì)材料板的正面，用于消除天線單元間的耦合； 所述地板印制在介質(zhì)材料板的背面。優(yōu)選地，上述多輸入多輸出陣列天線具有以下特點所述地板呈凸字形結(jié)構(gòu)，用于改善天線的阻抗特性。
優(yōu)選地，上述多輸入多輸出陣列天線具有以下特點所述去耦網(wǎng)絡由三段微帶線構(gòu)成，其中，中間的一段微帶線為曲折結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，上述多輸入多輸出陣列天線具有以下特點所述天線單元為折疊單極子天線結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，上述多輸入多輸出陣列天線具有以下特點所述介質(zhì)材料板為介電常數(shù)為4. 4的FR-4介質(zhì)板。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點1.天線單元及去耦網(wǎng)絡尺寸小，利于在小尺寸移動終端中的應用；2.去耦網(wǎng)絡采用微帶線結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)簡單，性能穩(wěn)定；3.使用凸字形地板，易于調(diào)整天線的阻抗匹配，實現(xiàn)天線寬頻段工作。


圖1是本發(fā)明中去耦網(wǎng)絡的原理結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明實施例的MIMO天線系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明實施例的天線單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例的去耦網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實施例的地板結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明實施例的MIMO天線的工作頻率-電壓駐波比曲線圖；圖7是本發(fā)明實施例的MIMO天線各工作頻率-相關性曲線圖；圖8是本發(fā)明實施例的MIMO天線工作頻率列水平面遠場方向圖。
具體實施例方式MIMO天線是無線通訊中的發(fā)射器和接收器，使用多個天線構(gòu)成陣列。在小尺寸移 動通訊系統(tǒng)中應用MIMO天線具有一定困難。本發(fā)明提供了一種用于小尺寸移動通訊終端 的弱耦合MIMO陣列天線，可以克服尺寸限制。下面首先介紹本法發(fā)明的技術原理兩個天線間的耦合會給彼此帶來影響，反映到Y(jié)矩陣就是Y12 = Y21 Φ 0，因此，去 耦合可以采用特定的辦法消除Y12及ti。圖1給出了本文提到去耦原理的結(jié)構(gòu)圖，由圖1可以看出，去耦網(wǎng)絡分為兩個部 分一部分是兩段角度為θ，特性阻抗為&的傳輸線，一部分是阻抗為ζ。的電路結(jié)構(gòu)。在 去耦網(wǎng)絡后面可以選接匹配網(wǎng)絡以改善天線的阻抗特性。角度為θ，特性阻抗為A的傳輸線的作用是改變天線S參數(shù)的相位，使S(12)= S(21)=純虛數(shù)。阻抗為&的電路結(jié)構(gòu)的作用是通過電路并聯(lián)消去S(12)及S(21)，實現(xiàn) 去耦。阻抗為4的電路結(jié)構(gòu)可以通過集總元件實現(xiàn)，也可以采用微帶線結(jié)構(gòu)。增加去耦網(wǎng)絡后，天線的阻抗特性將受到一定影響，為了消除這種影響，需要適當 增加匹配網(wǎng)絡，本發(fā)明中，為了使天線結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)，阻抗匹配方法為改變地板幾何結(jié) 構(gòu)，通過使用凸字形地板，調(diào)節(jié)突出部分的幾何尺寸以改變天線的阻抗特性。如圖2所示，本發(fā)明實施例的MIMO天線包括介質(zhì)材料板1、天線單元2、地板3和 去耦網(wǎng)絡4，所述天線單元2位于所述介質(zhì)材料板1的一端，呈立體結(jié)構(gòu)，對稱分布于介質(zhì)材料板1的中心線兩側(cè)，構(gòu)成天線陣；所述天線單元2通過結(jié)構(gòu)件與介質(zhì)材料板1連接，通過 彈片或焊點與去耦網(wǎng)絡4連接；所述去耦網(wǎng)絡4印制在介質(zhì)材料板1的正面，用于消除天線 單元間的耦合；所述地板3部分腐蝕，呈凸字形結(jié)構(gòu)，印制在介質(zhì)材料板1的背面，用于改善 天線的阻抗特性。上述結(jié)構(gòu)件可以是支架，框架等用于支撐天線單元2的構(gòu)件。參照圖3，本發(fā)明實施例的天線單元2采用折疊單極子天線結(jié)構(gòu)，位于介質(zhì)材料板 1 一端的上方，對稱分布于介質(zhì)材料板1的中心線兩側(cè)。通過改變長度301、302可以改變天 線單元2的工作頻率。參照圖4，本發(fā)明實施例的去耦網(wǎng)絡4印制在介質(zhì)材料版的正面，它由三段微帶線 (401,402和403)構(gòu)成，中間的一段微帶線403為曲折結(jié)構(gòu)；通過調(diào)整401、402的長度可以 改變S21、S12的相位，通過改變403的位置、寬度和長度可以改變S21、S12值。參照圖5，本發(fā)明中實施例的地板采用凸字形結(jié)構(gòu)，印制在介質(zhì)材料的背面，通過 調(diào)節(jié)長度501，寬度502可以改變天線端口的阻抗特性。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明給出弱耦合MMO陣列天線實例如下介質(zhì)材料板1選擇尺寸為60mm X 30mm X0. 5mm，介電常數(shù)為4. 4的FR-4介質(zhì)板。天線單元2幾何尺寸為1 ImmX 5mmX 5mm，線寬為1謹。 去耦網(wǎng)絡4采用微帶線結(jié)構(gòu)，幾何尺寸在計算結(jié)果上進行微調(diào)得出，地板3凸出部 分尺寸為6mmX 5mmο本發(fā)明的優(yōu)點可通過以下仿真進一步說明1、仿真內(nèi)容利用仿真軟件對上述實例MIMO天線的電壓駐波比、遠場輻射方向圖進行仿真計算。2、仿真結(jié)果圖6為陣列天線的工作頻率-電壓駐波比曲線。通過圖6可發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明MIMO天線 在電壓駐波比小于2的條件下的工作頻帶為2. 3GHz-2. 5GHz，特別是較好地覆蓋了 2. 4GHz 的工作頻帶。圖7為本發(fā)明天線各工作頻率-隔離度曲線。通過圖7可以看出，本發(fā)明MIMO天 線中天線單元間的耦合在工作頻段得到有效抑制。圖8為本發(fā)明MIMO天線系統(tǒng)遠場增益方向圖，由圖8可以看出，天線具有很好的 全向性。以上僅為本發(fā)明的一個實例，不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，在不同的工作頻帶下， 利用本發(fā)明中的原理和方法，可以有效實現(xiàn)小尺寸環(huán)境下MIMO天線的去耦合和布局。對于 本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所 作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多輸入多輸出陣列天線，其特征在于，包括介質(zhì)材料板(1)、天線單元O)、地板 (3)和去耦網(wǎng)絡G)，所述天線單元(2)位于所述介質(zhì)材料板(1)的一端，對稱分布于介質(zhì) 材料板(1)的中心線兩側(cè)，構(gòu)成天線陣；所述天線單元(2)通過結(jié)構(gòu)件與介質(zhì)材料板(1)連 接，通過彈片或焊點與去耦網(wǎng)絡(4)連接；所述去耦網(wǎng)絡印制在介質(zhì)材料板(1)的正 面，用于消除天線單元間的耦合；所述地板(3)印制在介質(zhì)材料板(1)的背面。
2.如權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出陣列天線，其特征在于，所述地板(3)呈凸字形結(jié) 構(gòu)，用于改善天線的阻抗特性。
3.如權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出陣列天線，其特征在于，所述去耦網(wǎng)絡(4)由三段 微帶線構(gòu)成，其中，中間的一段微帶線為曲折結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1 3中任意一項所述的多輸入多輸出陣列天線，其特征在于，所述天線單元O)為折疊單極子天線結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1 3中任意一項所述的多輸入多輸出陣列天線，其特征在于，所述介質(zhì)材料板(1)為介電常數(shù)為4. 4的FR-4介質(zhì)板。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多輸入多輸出陣列天線，包括介質(zhì)材料板、天線單元、地板和去耦網(wǎng)絡，所述天線單元位于所述介質(zhì)材料板的一端，對稱分布于介質(zhì)材料板的中心線兩側(cè)，構(gòu)成天線陣；所述天線單元通過結(jié)構(gòu)件與介質(zhì)材料板連接，通過彈片或焊點與去耦網(wǎng)絡連接；所述去耦網(wǎng)絡印制在介質(zhì)材料板的正面，用于消除天線單元間的耦合；所述地板印制在介質(zhì)材料板的背面。本發(fā)明的天線單元及去耦網(wǎng)絡尺寸小，利于在小尺寸移動終端中的應用；去耦網(wǎng)絡采用微帶線結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)簡單，性能穩(wěn)定；使用凸字形地板，易于調(diào)整天線的阻抗匹配，實現(xiàn)天線寬頻段工作。
文檔編號H01Q1/52GK102104185SQ20101056898
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者劉 英, 姜林濤, 張璐, 江暉, 艾浩 申請人:中興通訊股份有限公司