專利名稱：一種雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)，屬移動終端多天線技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, ΜΙΜΟ)技術(shù)，是無線移動通信領(lǐng)域的一個重大突破，它能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。目前，由于移動終端設(shè)備要求體積小、重量輕、耗電小，因而在實際MIMO系統(tǒng)研究中的一個重要問題是在移動終端實現(xiàn)多天線的收發(fā)。另外，移動終端設(shè)備的小型化發(fā)展，使得多天線單元間距持續(xù)減小，天線單元間的互耦也成為影響MIMO系統(tǒng)中天線問題的重要因素。 目前，移動通信終端天線主要有平面倒F型天線(Planar Inverted F-shaped Antenna)和微帶貼片天線。微帶貼片天線的優(yōu)點在于其在系統(tǒng)中表現(xiàn)出的低剖面，因此它能夠很容易的安裝在相關(guān)電路中，這就大大降低了總的制造成本，因此，微帶貼片天線以其三維結(jié)構(gòu)的靈活性而受到了各種不同設(shè)計目標的全方位開發(fā)。另外，隨著WLAN普及程度的不斷提高， 也要求系統(tǒng)模塊越來越小，這使得占據(jù)系統(tǒng)模塊大部分尺寸的天線系統(tǒng)必須大幅度減小尺寸。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很大，使得天線的效率降低，從而降低通信系統(tǒng)的容量。因此， 結(jié)構(gòu)緊湊、易集成、支持多輸入多輸出(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系統(tǒng)的設(shè)計，是一項重要的工作和嚴峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)文獻檢索，未見與本實用新型相同的公開報道
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服了現(xiàn)有技術(shù)之不足，而提供一種雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)。為了實現(xiàn)WLAN 2. 4/5. 2GHz雙頻段的覆蓋，并減小其尺寸，本實用新型提供一種應(yīng)用于WLAN的微帶貼片天線，該天線采用折疊技術(shù)，具有超低剖面和極小的外形；另外，該天線由兩個單元構(gòu)成，使之更好地支持多輸入多輸出(MIMO)功能，從而使其應(yīng)用于MIMO移動通信終端成為可能。本實用新型的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)，通過對天線單元位置的對稱排列和天線的金屬地進行聯(lián)合設(shè)計，減小天線單元之間的相關(guān)性、減小天線單元之間的互耦，從而提高天線的效率和增加通信系統(tǒng)的容量；同時利用了天線的空間和角度分集技術(shù)；采用平面結(jié)構(gòu)，使天線與通信系統(tǒng)易于集成；采用普通的數(shù)字電路的電路板(PCB，Printed Circuit Board)加工工藝，使天線的成本大大降低。本實用新型不僅能用于MIMO通信，也能用于普通無線通信。本實用新型的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)，包括介質(zhì)板，微帶饋線(1和2)，折疊單極子結(jié)構(gòu)(3和5)構(gòu)成的輻射天線單元a，折疊單極子結(jié)構(gòu)0和6)構(gòu)成的輻射天線單元b，T形地枝結(jié)構(gòu)(7)，金屬地(8)。其中介質(zhì)板，呈矩形，是一塊印刷電路板；a、b輻射天線單元及相應(yīng)的微帶饋線(1和2)，印制在所述印刷電路板的正面；所述的a、b輻射天線單元形式一樣，都是F型單極子天線單元，a、b輻射天線單元及相應(yīng)的微帶饋線(1和2)相對于所述的印刷電路板的縱軸對稱。金屬地(8)印制在所述印刷電路板背面，包括用于模擬無線通信系統(tǒng)移動終端中除天線外的其他部分的矩形金屬部分，T形的地枝結(jié)構(gòu)(7)用來減小天線之間互耦。所述微帶饋線(1和2)、折疊單極子結(jié)構(gòu)(3和5)構(gòu)成的輻射天線單元a、折疊單極子結(jié)構(gòu)0和6)構(gòu)成的輻射天線單元b、T形地枝結(jié)構(gòu)(7)和金屬地(8)均通過敷銅印刷工藝制成。本實用新型具有雙頻段、結(jié)構(gòu)緊湊、易集成、低互耦、支持多輸入多輸出(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(jié)構(gòu)的特點，而且采用普通數(shù)字電路制造工藝，制造工藝簡單，成本低。

圖1為本實用新型提供的一種用于移動終端的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)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向視圖即天線單元和饋線的結(jié)構(gòu)圖。圖4為圖1的C向視圖即金屬地的結(jié)構(gòu)圖。圖5為本實用新型雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)的輻射天線單元結(jié)構(gòu)實施實例尺寸圖(B向視圖，左右對稱結(jié)構(gòu))，單位均為毫米(mm)。圖6為本實用新型雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)實施實例尺寸圖(C向視圖，左右對稱結(jié)構(gòu))，單位均為毫米(mm)。圖7為圖5、圖6的實施實例的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)的測量的單元反射系數(shù) (S參數(shù))圖。圖8為圖5、圖6的實施實例的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)的測量的單元之間耦合系數(shù)(S參數(shù))圖。圖9為圖5實施實例的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)中一個天線單元接2. 4/5. 2GHz 的激勵，另一個天線單元接50歐姆的匹配負載時，在E面和H面的增益方向圖圖9-a和圖 9-b為天線單元a接2. 4GHz激勵，天線單元b接匹配負載時在E面、H面的方向圖；圖9_c 和圖9-d為天線單元a接5. 2GHz激勵，天線單元b接匹配負載時在E面、H面的方向圖；9_e 和圖9-f為天線單元b接2. 4GHz激勵，天線單元a接匹配負載時在E面、H面的方向圖；圖 9-g和圖9-h為天線單元b接5. 2GHz激勵，天線單元a接匹配負載時在E面、H面的方向圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種用于無線通信的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)，其三維結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。整個天線結(jié)構(gòu)印制在印刷電路板的兩個面上，包括微帶饋線1、2，輻射天線單元a和b (折疊單極子結(jié)構(gòu)3和5構(gòu)成天線單元a，折疊單極子結(jié)構(gòu)4和6構(gòu)成天線單元b)，T形地枝結(jié)構(gòu)7，金屬地8。其中兩個輻射天線單元結(jié)構(gòu)a，b左右鏡像對稱且尺寸相同，每個輻射天線單元由兩個折疊單極子結(jié)構(gòu)構(gòu)成(折疊單極子結(jié)構(gòu)3和5構(gòu)成天線單元a，折疊單極子結(jié)構(gòu)4和6構(gòu)成天線單元b)；其中輻射天線單元a的折疊單極子結(jié)構(gòu)3用于構(gòu)成一個較短的電流路徑，實現(xiàn)天線的高頻諧振(WLAN 5. 2GHz)，而由折疊單極子結(jié)構(gòu)5的較長電流路徑實現(xiàn)天線的低頻諧振(WLAN 2.4GHz)。金屬地8如圖4所示，包括用來模擬無線通信系統(tǒng)移動終端中除天線外的其它部分的矩形金屬部分，其中T形地枝結(jié)構(gòu)7與主地板一起分別在輻射天線單元 a和b的背面形成一個縫隙，該結(jié)構(gòu)類似于縫隙天線，能將地板上電流所攜帶的能量以輻射的方式消耗掉，從而減小各個輻射天線單元之間的地電流耦合，增加輻射天線單元的輻射效率。所述的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)的輻射天線單元a和b和其對應(yīng)微帶饋線1和 2 (饋線阻抗應(yīng)為50歐姆，以滿足阻抗匹配條件，采用微帶線饋電，或采用其它方式饋電，饋線的長度根據(jù)饋電點與電源的位置調(diào)整；圖中所示為微帶線饋電)印制在PCB的正面上部的兩側(cè)；天線的金屬地8印制在PCB的另一個面上；兩個面的相對位置如圖3所示(圖3中的線框部分為PCB板及金屬地結(jié)構(gòu)在圖所示結(jié)構(gòu)所在面上的投影)。本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的首先一個單極子折疊天線單元為1/4波長諧振模式，因此根據(jù)工作頻段選取合適的天線單元尺寸；然后另一個單極子折疊天線單元亦為1/4波長諧振模式，通過調(diào)整諧振路徑，將兩個諧振點調(diào)整到一個單極子天線上，再將兩個該單元組成一個天線系統(tǒng)，實現(xiàn)雙頻段工作并支持多輸入多輸出應(yīng)用的目的。為了說明本實用新型提供的用于MIMO通信系統(tǒng)移動終端的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)的性能，下面給出一個具體實例在本例中，采用介質(zhì)基片厚度為1.6mm、相對介電常數(shù)為4. 4，各部分尺寸如圖5、 圖6所示，圖中所有尺寸的單位均為毫米(mm)。以圖5、圖6所示尺寸實測的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)的單元反射系數(shù)Sll (由于雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)左右鏡像對稱，所以S22和Sll相等，這里略去S22)如圖7 所示；實測的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)的單元之間耦合系數(shù)S21如圖8所示。由圖7看出，單元反射系數(shù)Sll的-IOdB阻抗頻帶為17004900MHz與5050_5400MHz ；由圖8看出， 在1700-2900MHz與5050-5400MHz內(nèi)，單元之間耦合系數(shù)S21均不低于-15dB ；則以Sll < -IOdB且S21 < -15dB定義的天線系統(tǒng)工作頻段為1700_2900MHz與5050_5400MHz，覆蓋了 GSM(1. 710-2170MHz)、DCS (1710_1880MHz)、PCS (1850_1990MHz)、PHS (1880_1930MHz)、 UMTS(1920-2170MHz) ,WLAN(2400-2484MHz)和 WLAN(5150_5;350MHz)頻段。另外，如圖 9 所示，通過實測的增益方向圖可看出，工作在1700-2900MHz與5050_5400MHz時，雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)左右兩個單元的增益方向圖基本互補，能夠?qū)崿F(xiàn)方向圖分集，滿足MIMO通信系統(tǒng)對移動終端多天線的要求。
權(quán)利要求1. 一種雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)，其特征在于印制在印刷電路板上的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)，包括介質(zhì)板，微帶饋線(1和2)，折疊單極子結(jié)構(gòu)(3和5)構(gòu)成的輻射天線單元 a，折疊單極子結(jié)構(gòu)0和6)構(gòu)成的輻射天線單元b，T形地枝結(jié)構(gòu)(7)，金屬地(8)；其中 介質(zhì)板是一塊印刷電路板，呈矩形；a與b輻射天線單元及相應(yīng)的微帶饋線(1和2)，印制在所述印刷電路板的正面；所述的a與b輻射天線單元形式一樣，都是F型單極子天線單元，a與b輻射天線單元及相應(yīng)的微帶饋線(1和2)相對于所述的印刷電路板的縱軸對稱；金屬地(8)印制在所述印刷電路板背面，包括用于模擬無線通信系統(tǒng)移動終端中除天線外的其他部分的矩形金屬部分，T形地枝結(jié)構(gòu)(7)用來減小天線之間的互耦。
專利摘要本實用新型涉及一種雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)，屬移動終端多天線技術(shù)領(lǐng)域。印制在印刷電路板上的雙頻段平面型兩天線系統(tǒng)，包括介質(zhì)板，分別由折疊單極子結(jié)構(gòu)(3和5、4和6)構(gòu)成的輻射天線單元a、b，微帶饋線(1和2)，T形地枝結(jié)構(gòu)(7)，金屬地(8)。輻射天線單元a、b位于印刷電路板的正面；微帶饋線(1和2)位于印刷電路板的正面、在主地面的上方；金屬地(8)位于印刷電路板的背面，用于模擬無線通信系統(tǒng)移動終端中除天線外的其他部分。本實用新型具有雙頻段、低互耦、低成本、易制作、易集成、角度分集，特別適用于無線通信移動終端的特點。
文檔編號H01Q1/38GK202333140SQ201120470648
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者任文平, 張秀普, 申東婭, 郭騰 申請人:云南大學(xué)