專利名稱：利用寬帶t型中和線提高隔離度的mimo天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信中的MIMO (Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出)天線的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線。
背景技術(shù)：
第3代移動通信系統(tǒng)(3G)是工作在2MHz的寬帶數(shù)字通信系統(tǒng)，它實際所提供的速率難以得到理論上的2Mbps，難以滿足用戶日益增長的需求。盡管目前3G增強(qiáng)型技術(shù)LET (Long Term Evolution)不斷發(fā)展，但其傳輸速率還有差距，不能提供動態(tài)范圍多速率業(yè)務(wù)。此外，3G空中接口主流的三種體制WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA所支持的核心網(wǎng)不具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，難以提供具有多種QoS(Quality of krvice)及性能的多速率業(yè)務(wù)，不能真正實現(xiàn)不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境間的無縫漫游。由于3G系統(tǒng)以上的局限性，第4代移動通信系統(tǒng)GG)與技術(shù)已成為目前移動通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。4G移動通信無線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)相比較，具有較高的數(shù)據(jù)速率和頻譜利用率，能夠提供多媒體業(yè)務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)全球無縫隙漫游，具有更高的安全性、智能性、靈活性以及更高的傳輸質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量，應(yīng)能支持非對稱性業(yè)務(wù)，并能支持多種業(yè)務(wù)。未來的4G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)是全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)體現(xiàn)出移動與無線接入網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)不斷融合的發(fā)展趨勢。MIMO技術(shù)被認(rèn)為是4G的關(guān)鍵技術(shù)之一。MIMO技術(shù)的空間復(fù)用就是在接收端和發(fā)射端使用多個天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個數(shù)據(jù)通道(ΜΙΜ0子信道)發(fā)射信號，從而使得容量隨著天線數(shù)量的增加而線性增加。這種信道容量的增加不占用額外的帶寬，也不消耗額外的發(fā)射功率，因此是增加信道和系統(tǒng)容量的一種非常有效的手段。利用MIMO技術(shù)可以提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用MIMO信道提供的空間分集增益。MIMO天線是MIMO通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。對于基站而言，因為可用空間大，多天線技術(shù)的應(yīng)用容易得到實現(xiàn)。對于小型手持設(shè)備來說，將多個天線集成在小空間中，會引起很大的互耦，天線的性能就隨之下降，就無法實現(xiàn)信道容量隨著天線數(shù)目的增加以線性比例增大。如何在減小天線陣列尺寸，同時減小天線單元間的耦合是MIMO天線設(shè)計的難點(diǎn)。目前為了減小天線單元間的互耦，提高天線單元間的隔離度，已經(jīng)發(fā)展形成了多種的方法。2004年Gaoming Chi,Binhong Li，和Dongsheng Qi 等人在MICR0WAVEAND OPTICALTECHNOLOGY LETTERS發(fā)表題為"Dual-Band Printed Diversity Antenna for 2. 4/5. 2-GHzWLAN Application”的文章，在該文章中提出了利用T型地板枝節(jié)來提高兩天線單元間的隔離度。2005年Kyeong-Sik Min等人在發(fā)表在歐洲微波會議上發(fā)表題為“ Improved ΜΙΜΟAntenna by Mutual Coupling Suppression between Elements，，的文章,才艮道了寄生單?？梢詼p小天線單元間互耦，該設(shè)計利用六個寄生單元，在5. 15-5. 35GHz (| S11 < -IOdB)頻帶內(nèi)將隔離度提高到25dB。2006 年 Aliou Diallo, Cyril Luxey， Philippe Le Thuc， Robert Staraj,禾口Georges Kossiavas 等人在 IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION 上發(fā)表題為"Study and Reduction of the Mutual Coupling Between Two Mobile Phone PIFAsOperating in the DCS1800 and UMTS Bands”的文章，該文章首次提出了利用中和線解耦技術(shù)提高兩個工作在不同頻率的天線單元間的互耦。2007 年 Yuan Ding, Zhengwei Du, Ke Gong 等人在 IEEE TRANSACT 10NS0N ANTENNASAND PROPAGATION 上發(fā)表了題為"A Novel Dual-Band Printed Diversity Antenna forMobile Terminals"的文章，該文提出利用兩對L型地板枝節(jié)去減小地板表面波引起的互耦，從而提高M(jìn)IMO天線兩單元間的隔離度。2008 年，Angus C. K. Mak, Corbett R. Rowell,和 Ross D. Murch 等人在 IEEETRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION，上發(fā)表了題為 “Isolation EnhancementBetween Two Closely Packed Antennas”的文章，該文證實地板縫隙可以提高M(jìn)IMO天線單元間的隔離度?？梢姡瑴p小耦合的主要方法有EBG地板結(jié)構(gòu)，解耦網(wǎng)絡(luò)，地板縫隙，反射單元，地板分支和中和線。然而以上的解耦方法僅僅適用于窄帶工作帶寬中，而且大多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，難以實現(xiàn)小型、寬帶/多頻、高隔離度的設(shè)計要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線，該天線結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，具有小型、寬帶和高隔離度等特性，并可實現(xiàn)阻抗帶寬和隔離度的獨(dú)立可調(diào)；該MIMO天線適合應(yīng)用于如手機(jī)等移動終端設(shè)備的系統(tǒng)中，能夠在多徑通信環(huán)境中提供良好的分集增益，抵抗多徑衰落，或提供復(fù)用增益，提高系統(tǒng)的信道容量。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線，包括基板，印制在基板正面的系統(tǒng)地板、形成對稱結(jié)構(gòu)的天線單元一和天線單元二，印制在基板背面的微帶線一、微帶線二以及設(shè)置在微帶線一上的激勵端口一和設(shè)置在微帶線二上的激勵端口二，天線單元一與微帶線一部分重疊，天線單元二與微帶線二部分重疊；其特征在于該天線還包括印制在基板正面的寬帶T型中和線；所述寬帶T型中和線有三個分支，其中分支一和分支二結(jié)構(gòu)相同，它們分別與天線單元一和天線單元二相連接，并構(gòu)成耦合路徑一，分支三與系統(tǒng)地板相連接，所述分支一或者分支二和分支三構(gòu)成耦合路徑二。在上述方案中，寬帶T型中和線的三條分支構(gòu)成的耦合路徑所產(chǎn)生的作用與MIMO天線原有的耦合路徑產(chǎn)生的作用相反，故可以抵消MIMO天線的天線單元間原有的耦合，提高M(jìn)IMO天線單元之間的隔離度。同時改變寬帶T型中和線的三條分支的長度可以獨(dú)立控制MIMO天線隔離度的參數(shù)，從而實現(xiàn)MIMO天線隔離度的獨(dú)立可調(diào)。所述印制在基板正面的天線單元一和印制在基板背面的微帶線一的重疊部分形成耦合結(jié)構(gòu)一；印制在基板正面的天線單元二與印制在基板背面的微帶線二的重疊部分形成耦合結(jié)構(gòu)二。通過耦合結(jié)構(gòu)一和耦合結(jié)構(gòu)二分別給天線單元一和天線單元二進(jìn)行耦合饋電，耦合結(jié)構(gòu)一和耦合結(jié)構(gòu)二給天線引入額外的電容，故能有效地增大天線的電長度，減小天線的物理尺寸，有利于天線的小型化發(fā)展。更具體地說，所述微帶線一通過耦合結(jié)構(gòu)一對天線單元一進(jìn)行耦合饋電；所述微帶線二通過耦合結(jié)構(gòu)二對天線單元二進(jìn)行耦合饋電。本發(fā)明耦合結(jié)構(gòu)一和耦合結(jié)構(gòu)二的長度為一個可以有效地控制MIMO天線的的阻抗帶寬的參數(shù)，從而可以實現(xiàn)阻抗帶寬的獨(dú)立控制。所述天線單元一和天線單元二印制在基板正面上設(shè)置有地板短路線一和地板短路線二。所述基板是相對介電常數(shù)為1-1000的介質(zhì)基板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果1、與已有的應(yīng)用與MIMO天線中的中和線設(shè)計相比較，本發(fā)明中提出的寬帶T型中和線能在寬帶工作帶寬內(nèi)有效地提高M(jìn)IMO天線單元間的隔離度。2、本發(fā)明提出寬帶T型中和線的三個分支的長度可以有效控制隔離度的參數(shù)，而這長度參數(shù)對天線單元的阻抗帶寬沒有影響，有助于得到寬阻抗帶寬，以及實現(xiàn)隔離度的獨(dú)立控制。3、本發(fā)明提出的MIMO天線單元采用耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合饋電。耦合結(jié)構(gòu)的采用，一方面減小了 MIMO天線單元的尺寸，另一方面耦合結(jié)構(gòu)的長度是一個可以有效地控制天線單元的阻抗帶寬的參數(shù)，而且該參數(shù)的變化對天線單元間的隔離度沒有影響，從而實現(xiàn)阻抗帶寬的獨(dú)立控制。4、與已有移動終端設(shè)備MIMO天線設(shè)計相比較，本發(fā)明具有更小的尺寸，更簡單的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，從而可以降低生產(chǎn)成本，并適用于各種多功能小型手持設(shè)備中。
圖1(a)是本發(fā)明利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線所采用的基板結(jié)構(gòu)示意圖；圖1(b)是本發(fā)明利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1為本發(fā)明利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線的| S111和| S21 頻率響應(yīng)曲線圖；圖3是傳統(tǒng)地板兩單元MIMO天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是傳統(tǒng)地板兩單元MIMO天線的| S111和| S211頻率響應(yīng)曲線圖；圖5是本發(fā)明利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線隨著耦合結(jié)構(gòu)長度1。 變化的Is11I和Is21I頻率響應(yīng)曲線圖；圖6是本發(fā)明利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線隨著分支一或分支二長度In變化的IS11I和Is21I頻率響應(yīng)曲線圖；圖7是本發(fā)明利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線隨著分支三長度h變化的Is11I和Is21I頻率響應(yīng)曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
實施例本發(fā)明利用寬帶T型中和線提高隔離度的ΜΙΜΟ天線的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，包括基板11，系統(tǒng)地板14，兩個天線單元(形成對稱結(jié)構(gòu)的天線單元一 1 和天線單元二 15b)， 兩個激勵端口(激勵端口一 17a和激勵端口二 17b)，兩條50歐姆微帶線(微帶線一 18a和微帶線二 18b)和寬帶T型中和線111。其中，系統(tǒng)地板14、天線單元一 1 和天線單元二 15b與寬帶T型中和線111被印制在基板11的正面12，微帶線一 18a和微帶線二 18b被印制在基板11的背面13。耦合結(jié)構(gòu)一 16a為天線單元一 1 和50歐姆微帶線一 18a的重疊部分，耦合結(jié)構(gòu)二 16b為天線單元二 1 和50歐姆微帶線二 18b的重疊部分。印制在基板11正面12的天線單元一 1 經(jīng)由耦合結(jié)構(gòu)一 16a被印制在基板11背面13的50歐姆的微帶線一 18a 進(jìn)行耦合饋電；印制在基板11正面12的天線單元二 1 經(jīng)由耦合結(jié)構(gòu)二 16b被印制在基板11背面13的50歐姆的微帶線二 18b進(jìn)行耦合饋電。本發(fā)明的寬帶T型中和線由三條分支(分支一 111a、分支二 Illb和分支三Illc) 組成，分支一 Illa和分支二 Illb結(jié)構(gòu)相同，分別與天線單元一 1 和天線單元二 1 相連接，分支三Illc與系統(tǒng)地板14相連接。寬帶T型中和線111的三個分支構(gòu)成兩條額外的耦合路徑，耦合路徑一由分支一 Illa和分支二 Illb組成，耦合路徑2分支一 Illa或者分支二 Illb和分支三Illc組成。天線單元一 1 和天線單元二 15b印制在基板11正面12上設(shè)置有地板短路線一 19a和地板短路線二 19b。其中，地板短路線一 19a和地板短路線二 19b分別與系統(tǒng)地板14 交有短路點(diǎn)一 IlOa和短路點(diǎn)二 110b。本發(fā)明提出的MIMO天線采用通過耦合結(jié)構(gòu)一 16a和耦合結(jié)構(gòu)二 16b對天線單元
一15a和天線單元二 1 進(jìn)行耦合饋電的方式的優(yōu)點(diǎn)在于，耦合結(jié)構(gòu)一 16a或耦合結(jié)構(gòu)二 16b的長度1。為一個可以有效地控制MIMO天線的的阻抗帶寬的參數(shù)，而該參數(shù)1。的變化對MIMO天線隔離度幾乎沒有影響，如圖5所示。長度1。變大，耦合結(jié)構(gòu)一 16a和耦合結(jié)構(gòu)
二16b產(chǎn)生的電容就越大，ΜΙΜΟ天線單元的電長度越大，則阻抗帶寬和諧振點(diǎn)往低頻移動。 所以本發(fā)明提出的利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線能實現(xiàn)阻抗帶寬的獨(dú)立可調(diào)。本發(fā)明提出的寬帶T型中和線111的三個分支構(gòu)成的兩條額外的耦合路徑一和耦合路徑二，它們產(chǎn)生的作用與MIMO天線原有的耦合路徑的作用相反，故可以抵消MIMO天線的天線單元一 15a和天線單元二 15b之間原有的耦合。比較圖2和圖4可以觀察到，寬帶T 型中和線111的應(yīng)用可以極大地提高M(jìn)IMO天線單元一 1 和天線單元二 1 之間的隔離度，而寬帶T型中和線的應(yīng)用，對MIMO天線的阻抗帶寬幾乎沒有影響。傳統(tǒng)的MIMO天線的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，采用耦合饋電的MIMO天線，具有很好的阻抗帶寬，但是該天線單元間的隔離度卻差。從圖6和圖7可以觀察到寬帶T型中和線111的分支一 Illa或分支二 Illb的長度In和分支三Illc的長度h的變化對MIMO天線的阻抗帶寬幾乎沒有影響，而隔離度受到的影響卻很大。分支一 Illa或分支二 Illb的長度In變大，則耦合路徑一和耦合路徑二的長度都變大，則隔離度受到很大的影響，如圖6所示。當(dāng)分支三Illc的長度h變小，則耦合路徑二的長度變小，則隔離度也受到的比較大地影響，如圖7所示。但是，無論是長度1 或者長度h發(fā)生任何變化，阻抗帶寬受到的影響都很小，如圖6和圖7所示。所以本發(fā)明提出的利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線可以實現(xiàn)隔離度的獨(dú)立可調(diào)。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用寬帶τ型中和線提高隔離度的MIMO天線，包括基板，印制在基板正面的系統(tǒng)地板、形成對稱結(jié)構(gòu)的天線單元一和天線單元二，印制在基板背面的微帶線一、微帶線二以及設(shè)置在微帶線一上的激勵端口一和設(shè)置在微帶線二上的激勵端口二，天線單元一與微帶線一部分重疊，天線單元二與微帶線二部分重疊；其特征在于該天線還包括印制在基板正面的寬帶T型中和線；所述寬帶T型中和線有三個分支，其中分支一和分支二結(jié)構(gòu)相同，分別與天線單元一和天線單元二相連接，并構(gòu)成耦合路徑一，分支三與系統(tǒng)地板相連接，所述分支一或者分支二和分支三構(gòu)成耦合路徑二。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線，其特征在于所述印制在基板正面的天線單元一和印制在基板背面的微帶線一的重疊部分形成耦合結(jié)構(gòu)一；印制在基板正面的天線單元二與印制在基板背面的微帶線二的重疊部分形成耦合結(jié)構(gòu)二。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線，其特征在于所述微帶線一通過耦合結(jié)構(gòu)一對天線單元一進(jìn)行耦合饋電；所述微帶線二通過耦合結(jié)構(gòu)二對天線單元二進(jìn)行耦合饋電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線，其特征在于所述天線單元一和天線單元二印制在基板正面上設(shè)置有地板短路線一和地板短路線二。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線，其特征在于所述基板是相對介電常數(shù)為1-1000的介質(zhì)基板。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用寬帶T型中和線提高隔離度的MIMO天線，該天線包括基板，印制在基板正面的系統(tǒng)地板、形成對稱結(jié)構(gòu)的天線單元一和天線單元二，印制在基板背面的微帶線一、微帶線二以及設(shè)置在微帶線一上的激勵端口一和設(shè)置在微帶線二上的激勵端口二；該天線還包括印制在基板正面的寬帶T型中和線；寬帶T型中和線由三個分支組成，分支一和分支二結(jié)構(gòu)相同，分別與天線單元一和天線單元二相連接，并構(gòu)成耦合路徑一，分支三與系統(tǒng)地板相連接，分支一或者分支二和分支三構(gòu)成耦合路徑二。本發(fā)明的MIMO天線能有效地提高M(jìn)IMO天線單元間的隔離度，并能實現(xiàn)隔離度和阻抗帶寬的獨(dú)立控制。
文檔編號H01Q1/38GK102570030SQ20121001790
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者李健鳳, 褚慶昕 申請人:華南理工大學(xué)