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，使它們工作時候不相互干擾，天線之間的距離一般要達(dá)到半個工作波長，但這會導(dǎo)致整個天線變得很大，不利于終端的小型化與緊湊設(shè)計。為了降低天線之間互感，增大隔離度，同時保證尺寸較小，一般采用兩種辦法一是特殊的天線地面結(jié)構(gòu)設(shè)計，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天線的尺寸同時保證天線隔離度較好，但是四分之一個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)容本實用新型采用一種具有三個阻帶的濾波器結(jié)構(gòu)作為MMO天線的隔離結(jié)構(gòu)，并使之與兩個單天線緊湊安放，進(jìn)而設(shè)計出能夠工作在三個頻帶的MIMO天線，同時保證天線的尺寸較小和性能優(yōu)良。本實用新型采用的技術(shù)方案是新型的小型多輸入多輸出天線，包括基底、兩個單天線和濾波器結(jié)構(gòu)；在基底上設(shè)置有兩個單天線和濾波器結(jié)構(gòu)，其中兩個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)由兩個變形的E字形結(jié)構(gòu)和中間的長微帶線組成，兩個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。本實用新型具有的有益效果是本實用新型的MMO天線具有緊湊的結(jié)構(gòu)，且能夠工作在2. 42GHz,3. 43GHz和5GHz三個頻段下，同時每個頻段內(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。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步詳述 如圖I所示，本實用新型中MIMO天線由兩個單天線結(jié)構(gòu)1-1和一個濾波器結(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)在一個平面上，大小為40 X 50mm，這種共面設(shè)計有利于天線的裝配。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上，內(nèi)半徑為2. 5mm，外半徑為3. 5mm。口字型結(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。兩個單天線的間距為1mm。單天線工作在3. 32GHz和5. 28GHz兩個頻段內(nèi)(Sll〈_10dB)。當(dāng)兩個天線緊密放置且不加濾波器結(jié)構(gòu)時，此時天線具有更好的阻抗匹配(Sll更小)，但兩個天線的隔離度很差，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大小；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，整個天線功能鮮明、結(jié)構(gòu)緊湊和設(shè)計新穎。當(dāng)每個單天線工作在3. 43GHz和5GHz頻段時，由于濾波器結(jié)構(gòu)會隔離這兩個帶寬內(nèi)的信號傳輸，使得兩個單天線都能夠在該頻段各自正常工作，不會因為互感效應(yīng)影響到對方。同時因為濾波結(jié)構(gòu)的加入，使得整個天線系統(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。因此整個天線結(jié)構(gòu)能夠工作在2. 42GHz、
3.43GHz和5GHz三個頻段下，且都有良好的隔離度(<10dB)。整個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。本實用新型的MMO天線的優(yōu)點包括(I)結(jié)構(gòu)緊湊。如圖1，兩個單天線與濾波器結(jié)構(gòu)緊湊放置，整個天線的尺寸只有 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。兩個單天線都仍然能在各自的工作頻率下正常工作，同時濾波器結(jié)構(gòu)不僅阻隔了 3. 43GHz和5GHz頻段下兩個單天線的互感，而且還增加了 2. 42GHz這一工作頻段，顯著增強(qiáng)了整個MMO天線的工作性能與適用范圍；(4)性能優(yōu)良。三個頻率點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。同時整個天線系統(tǒng)具有良好全向輻射特性，同時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，同時整個天線結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸很小，適用于手機(jī)終端。本實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，因此有著廣闊的應(yīng)用價值和市場潛力。
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)置有兩個單天線和濾波器結(jié)構(gòu)，其中兩個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)由兩個變形的E字形結(jié)構(gòu)和中間的長微帶線組成，兩個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。
專利摘要本實用新型涉及一種新型的小型多輸入多輸出天線。現(xiàn)有的天線在滿足天線隔離度較好情況下，其四分之一個工作波長的尺寸相對于手機(jī)終端來說仍然較大。本實用新型包括基底、兩個單天線和濾波器結(jié)構(gòu)；在基底上設(shè)置有兩個單天線和濾波器結(jié)構(gòu)，其中兩個單天線位于濾波器結(jié)構(gòu)上方，并成對稱設(shè)置。本實用新型具有緊湊的結(jié)構(gòu)，且能夠工作在2.42GHz、3.43GHz和5GHz三個頻段下，同時每個頻段內(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)