CN104300211B - 一种mimo天线、终端及其提高隔离度的方法 - Google Patents

一种mimo天线、终端及其提高隔离度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MIMO天线，所述MIMO天线包括设置于印刷电路板PCB上的至少两个单天线；所述单天线包括：天线支架、用于屏蔽单天线之间的低频耦合的馈电接地枝节、馈电点、接地点以及天线辐射部分；其中，所述天线支架设置于所述PCB上，所述天线辐射部分设置于所述天线支架上；所述馈电接地枝节通过所述馈电点以及所述接地点与所述天线辐射部分连接。本发明还同时公开了一种终端及其提高MIMO天线隔离度的方法。采用本发明的方案，可以利用小型MIMO天线的同时，提高了MIMO天线的隔离度。

Description

一种MIMO天线、终端及其提高隔离度的方法
技术领域
本发明涉及天线领域中的多进多出（MIMO，Multiple Input-Multiple Output）技术，尤其涉及一种MIMO天线、终端及其提高隔离度的方法。
背景技术
随着现代通信技术不断的进步，移动终端类产品（如手机，数据卡等）的应用日益广泛，作为移动终端功能支持的基础与主要组成部分的天线所扮演的角色也越来越重要。
伴随第三代移动通信技术（3G，3rd Generation）的迅速发展，作为3G演进的长期演进（LTE，Long Term Evolution）频段逐渐投入使用。与此同时，第二代移动通信技术（2G，2nd Generation）仍被广泛的使用，如此，造成了多通信***多频段共存的局面。
MIMO是无线通信领域智能天线技术的重大突破，其扩展了一维智能天线技术，具有极高的频谱利用率，能在不增加带宽的情况下成倍提高通信***的容量，且信道可靠性大为增强，是新一代无线通信***—LTE项目采用的核心技术之一。
MIMO是指信号***发射端和接收端，分别使用了多个发射天线和接收天线，因而该技术被称为多发送天线和多接收天线技术。
目前，应用于移动终端类产品的天线种类主要包括：单极子天线、平面倒F天线（PIFA，Planar Inverted-F Antenna）以及环天线等，通过这些天线以及耦合馈电、附加枝节、开缝和调节匹配等技术就可以实现多频段工作。然而，不可避免的是，在低频段工作时天线尺寸过大，天线放置所需要的物理空间会很大。而基于谐振回路工作的天线能实现以相对较小的尺寸工作在相同频段，且能获得较高的工作效率。LTE的工作频段包括了低于GSM850（824～894MHz）频段的LTE Band12（698～746MHz）、Band13（746～787MHz）以及Band14（758～798MHz）频段。若要在如此低的频段内以小尺寸进行很好的工作，基于谐振回路工作的天线是一种极好的选择。而在高频频段也使用谐振回路工作的天线形式（即双并联回路谐振）的话，则能使天线所占空间进一步减小。但是，多天线之间的相互影响和耦合对小尺寸的MIMO天线提出了巨大的挑战，目前还没有一种有效的办法能够提高MIMO天线的隔离度。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种MIMO天线、终端及其提高隔离度的方法，能够利用小型MIMO天线的同时，提高MIMO天线的隔离度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种多进多出MIMO天线，所述MIMO天线包括设置于印刷电路板PCB上的至少两个单天线；所述单天线包括：天线支架、用于屏蔽单天线之间的低频耦合的馈电接地枝节、馈电点、接地点以及天线辐射部分；其中，所述天线支架设置于所述PCB上，所述天线辐射部分设置于所述天线支架上；所述馈电接地枝节通过所述馈电点以及所述接地点与所述天线辐射部分连接。
其中，所述MIMO天线还包括设置于单天线之间的双倒L型印刷枝节；所述双倒L型印刷枝节用于屏蔽单天线之间的高频耦合。
其中，所述馈电接地枝节通过所述馈电点与所述天线辐射部分连接时，还用于将所述PCB的能量馈源提供给所述天线辐射部分，以及将所述PCB的地电压提供给所述天线辐射部分。
其中，所述天线辐射部分包括：单极子部分、耦合缝隙、耦合枝节、开路枝节以及接地枝节；
所述单极子部分与所述馈电点连接，并从所述馈电点沿所述天线支架的前表面折至所述天线支架的上表面，并沿所述天线支架的上表面延伸出横向辐射面片；
所述耦合枝节与所述接地枝节连接，并从所述接地枝节沿所述天线支架的上表面延伸出横向枝节；所述横向枝节与所述单极子部分的横向辐射面片通过所述耦合细缝隔开；
所述开路枝节与所述接地枝节连接，并从所述接地枝节沿所述天线支架的上表面折至所述天线支架的右表面；
所述接地枝节与所述耦合枝节以及所述开路枝节连接，并从所述天线支架的上表面折至所述天线支架的前表面，与所述馈电接地枝节连接。
其中，所述MIMO天线的至少两个单天线对称设置于所述PCB的顶端。
一种终端，所述终端包括上述MIMO天线。
一种提高MIMO天线隔离度的方法，在PCB上设置包括至少两个单天线的MIMO天线，所述方法包括：
在所述单天线上设置天线支架、用于屏蔽单天线之间的低频耦合的馈电接地枝节、馈电点、接地点以及天线辐射部分；其中，所述天线支架设置于所述PCB上，所述天线辐射部分设置于所述天线支架上；所述馈电接地枝节通过所述馈电点以及所述接地点与所述天线辐射部分连接。
所述方法还包括：在单天线之间设置双倒L型印刷枝节；
通过所述双倒L型印刷枝节屏蔽单天线之间的高频耦合。
所述方法还包括：所述馈电接地枝节通过所述馈电点与所述天线辐射部分连接时，所述馈电接地枝节将所述PCB的能量馈源提供给所述天线辐射部分，以及将所述PCB的地电压提供给所述天线辐射部分。
所述方法还包括：通过所述天线辐射部分中的单极子部分、耦合缝隙、耦合枝节辐射低频宽频带；
通过所述天线辐射部分中的单极子部分、耦合缝隙、开路枝节以及接地枝节辐射高频宽频带。
本发明记载的MIMO天线、终端及其提高隔离度的方法，所述MIMO天线包括设置于印刷电路板PCB上的至少两个单天线；所述单天线包括：天线支架、用于屏蔽单天线之间的低频耦合的馈电接地枝节、馈电点、接地点以及天线辐射部分；其中，所述天线支架设置于所述PCB上，所述天线辐射部分设置于所述天线支架上；所述馈电接地枝节通过所述馈电点以及所述接地点与所述天线辐射部分连接。如此，可以通过所述馈电接地枝节屏蔽单天线之间的低频耦合，通过所述双倒L型印刷枝节屏蔽单天线之间的高频耦合，从而提高MIMO天线的隔离度。
优选地，所述天线辐射部分包括：单极子部分、耦合缝隙、耦合枝节、开路枝节以及接地枝节；所述单极子部分与所述馈电点连接，并从所述馈电点沿所述天线支架的前表面折至所述天线支架的上表面，并沿所述天线支架的上表面延伸出横向辐射面片；所述耦合枝节与所述接地枝节连接，并从所述接地枝节沿所述天线支架的上表面延伸出横向枝节；所述横向枝节与所述单极子部分的横向辐射面片通过所述耦合细缝隔开；所述开路枝节与所述接地枝节连接，并从所述接地枝节沿所述天线支架的上表面折至所述天线支架的右表面，所述接地枝节与所述耦合枝节以及所述开路枝节连接，并从所述天线支架的上表面折至所述天线支架的前表面，与所述馈电接地枝节连接。如此，可以通过上述横向辐射片面对应的双并联回路谐振工作实现小型的MIMO天线。
附图说明
图1为本发明实施例MIMO天线的俯视结构示意图；
图2为本发明实施例MIMO天线的左视结构示意图；
图3为本发明实施例MIMO天线中的单天线的等效电路原理图；
图4为本发明实施例MIMO天线中的单天线的阻抗图；
图5为本发明实施例一MIMO天线的立体结构示意图；
图6为本发明实施例一MIMO天线的S参数示意图；
图7为本发明实施例一MIMO天线的总效率示意图；
图8为本发明实施例二MIMO天线的俯视结构示意图；
图9为本发明实施例二MIMO天线的立体结构示意图；
图10为本发明实施例二MIMO天线的S参数示意图；
图11为本发明实施例二MIMO的总效率示意图;
图12为本发明实施例提高MIMO天线隔离度的方法的流程示意图。
1：PCB；2a、2b：天线支架；3a、3b：馈电接地枝节；4a、4b：馈电点；5a、5b-天线辐射部分；6a、6b：双倒L印刷枝节；51a、51b：单极子部分；52a、52b：耦合细缝；53a、53b：耦合枝节；54a、54b：接地枝节；55a、55b：开路枝节。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图对本发明的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。
本发明实施例提供了一种基于双并联回路谐振工作的宽频带MIMO天线，所述MIMO天线包括设置于印刷电路板PCB上的至少两个单天线；所述单天线包括：天线支架、用于屏蔽单天线之间的低频耦合的馈电接地枝节、馈电点、接地点以及天线辐射部分；其中，所述天线支架设置于所述PCB上，所述天线辐射部分设置于所述天线支架上；所述馈电接地枝节通过所述馈电点以及所述接地点与所述天线辐射部分连接。
图1为本发明实施例MIMO天线的俯视结构示意图，图2为本发明实施例MIMO天线的左视结构示意图，如图1、图2所示，所述MIMO天线由两个位于PCB1上的单天线组成。为了区分两个单天线的组成器件，将一个单天线的所有组成器件用标号a表示，将另一个单天线的所有组成器件用标号b表示；由于两个单天线的组成结构完全相同，因此本发明实施例只针对标号b对应的天线进行说明。对于标号b对应的单天线来说，所述单天线包括：天线支架2b、用于屏蔽单天线之间的低频耦合的馈电接地枝节3b、馈电点4b、接地点以及天线辐射部分5b；其中，
所述天线支架2b设置于所述PCB1上，所述天线辐射部分5b设置于所述天线支架2b上；
所述馈电接地枝节3b通过所述馈电点4b以及所述接地点与所述天线辐射部分5b连接。
优选地，所述MIMO天线还包括设置于单天线之间的双倒L型印刷枝节6b；所述双倒L型印刷枝节6b用于屏蔽单天线之间的高频耦合。
优选地，所述馈电接地枝节3b通过所述馈电点4b与所述天线辐射部分5b连接时，还用于将所述PCB1上的能量馈源提供给所述天线辐射部分5b，以及将所述PCB1上的地电压提供给所述天线辐射部分5b。
优选地，所述天线辐射部分5b包括：单极子部分51b、耦合缝隙52b、耦合枝节53b、接地枝节54b以及开路枝节55b；其中，
所述单极子部分51b与所述馈电点4b连接，并从所述馈电点4b沿所述天线支架的前表面折至所述天线支架的上表面，并沿所述天线支架的上表面延伸出横向辐射面片；
所述耦合枝节53b与所述接地枝节54b连接，并从所述接地枝节54b沿所述天线支架的上表面延伸出横向枝节；所述横向枝节与所述单极子部分的横向辐射面片通过所述耦合细缝52b隔开；
所述开路枝节55b与所述接地枝节54b连接，并从所述接地枝节54b沿所述天线支架的上表面折至所述天线支架的右表面；
所述接地枝节54b与所述耦合枝节53b以及所述开路枝节55b连接，并从所述天线支架的上表面折至所述天线支架的前表面，与所述馈电接地枝节3b连接。
优选地，所述开路枝节55b由所述天线支架的上表面折至所述天线支架的后表面；如此，可以降低低频工作的频率点。
优选地，所述两个单天线对称设置于所述PCB的顶端。
本实施例设置两个单天线组成MIMO天线，实际应用时，也可以设置其他个数的单天线组成所述MIMO天线；优选地，所述MIMO天线的至少两个单天线对称设置于所述PCB的顶端。
图3为本发明实施例MIMO天线中的单天线的等效电路原理图，如图3所示，单天线的等效电路包括两个并联的谐振回路，第一谐振回路包括：电感L、缝隙电容C、串联的电感L1和电容C1、辐射电阻R1；第二谐振回路包括：电感L、缝隙电容C、串联的电感L2、耦合电容C2和辐射电阻R2；P为信号源。
所述单天线的单极子部分51a、51b等效为电感L；耦合缝隙52a、5ab等效为缝隙电容C；开路枝节55a、55b等效为串联的电感L1和电容C1；这组成了第一谐振回路，第一谐振回路通过与开路枝节55a、55b等效的辐射电阻R1，在低频产生宽频带，对应于图4所示的天线阻抗图的低频段。
第二谐振回路与第一谐振回路并联，接地枝节54a、54b等效为串联的电感L2和耦合电容C2；电感L2和电容C2与缝隙电容C并联；第二谐振回路通过接地枝节54a、54b等效的辐射电阻R2，在高频产生宽频段，对应于图4所示的天线阻抗图的高频段。这里，Lg是接地枝节54a、54b在与单极子部分耦合的电容C2之后的部分电感。
在两路谐振回路互相影响下，单天线的总工作频段更宽。单天线采用两路谐振回路实现高低频段同时工作，可通过改变参数来实现高低频工作的独立可调性。
当MIMO天线的工作平台是无线数据卡时，本发明实施例还记载了一种适用于无线数据卡的MIMO天线，如图5所示，本实施例中的MIMO天线采用的几何尺寸如下：采用的PCB1的介电常数为4.5，厚度为0.8mm，宽和长分别为30mm、80mm。支架2a、2b的长、宽和高分别为25mm、12mm、3.5mm，且支架2a、2b为空心的，支架2a、2b的壁厚为1.4mm，支架2a、2b的介电常数是3.5。单极子部分51a、51b的馈电部分的直径为0.5mm，辐射面片部分由3.7mm宽、13mm长的矩形面片和折转6.7mm长的面片两部分组成。单极子51a、51b和耦合枝节53a、53b之间的耦合细缝52a、5ab为0.1mm；耦合枝节53a、53b的宽为3mm，总长为27.6mm；开路枝节55a、55b包括2.2mm长、1mm宽的伸向天线支架2a、2b背面的枝节和横向23mm长伸向天线支架2a、2b侧面的枝节，天线支架2a、2b背面部分的宽为2.5mm，上表面和侧面部分的宽均为1mm。接地枝节54a、54b从天线支架2a、2b的上表面折至前表面直接与馈电接地枝节3a、3b相连，除中间一段折向支架前表面的宽为1.5mm以外，整条接地枝节54a、54b的宽均为1mm。
馈电接地枝节3a、3b的长和宽分别为17mm、0.3mm，双倒L印刷枝节6a、6b的宽为0.5mm。
结合本实施例的上述参数，MIMO天线工作时的S参数如图6所示，由于MIMO天线有两个单天线，因此有两个进出口，分别用1和2表示。S11表示信号由1口进，且信号由1口出；S22表示信号由2口进，且信号由2口出；S12表示信号由1口进，且信号由2口出；由此可见，S12代表的时隔离度值。并且，S12的隔离度值随频率的变化可以从图6看出，低频覆盖746～960Mhz，隔离度达到-8dB，高频覆盖2500～2750MHz，隔离度小于-15dB。MIMO天线在高频工作和低频工作时均满足高隔离度的要求。并且，从图7可以看出低频覆盖746～960Mhz，高频覆盖2500～2750MHz时，两个单天线的工作效率也均为高效率。
当MIMO天线的工作平台是手机时，本发明实施例还记载了一种适用于手机的MIMO天线，如图8、图9所示，本实施例中的MIMO天线采用的几何尺寸如下：采用的PCB1的介电常数为4.5，厚度为0.8mm，宽和长分别为60mm、140mm。支架2a、2b的长、宽和高分别为25mm、12mm、3.5mm，且支架2a、2b为空心的，支架2a、2b的壁厚为1.4mm，支架2a、2b的介电常数是3.5。单极子部分51a、51b的馈电部分的直径为0.5mm，辐射面片部分由3.7mm宽、13mm长的矩形面片和折转6.7mm长的面片两部分组成。单极子51a、51b和耦合枝节53a、53b之间的耦合细缝52a、5ab为0.1mm；耦合枝节53a、53b的宽为0.5mm，总长为25.1mm；开路枝节55a、55b包括4.7mm长、1mm宽的伸向天线支架2a、2b背面的枝节和横向23mm长伸向天线支架2a、2b侧面的枝节，天线支架2a、2b背面部分的宽为2.5mm，上表面和侧面部分的宽均为1mm。接地枝节54a、54b从天线支架2a、2b的上表面折至前表面直接与馈电接地枝节3a、3b相连，除中间一段折向支架前表面的宽为1.5mm以外，整条接地枝节54a、54b的宽均为1mm。
馈电接地枝节3a、3b的长和宽分别为17mm、0.3mm，双倒L印刷枝节6a、6b的宽为0.5mm。
结合本实施例的上述参数，MIMO天线工作时的S参数如图10所示，S12的隔离度值随频率的变化可以从图10看出，低频覆盖746～960Mhz，隔离度达到-10dB，高频覆盖2500～2750MHz，隔离度小于-18dB。MIMO天线在高频工作和低频工作时均满足高隔离度的要求。并且，从图11可以看出低频覆盖746～960Mhz，高频覆盖2500～2750MHz时，两个单天线的工作效率也均为高效率。
本发明实施例还记载了一种终端，所述终端包括上述MIMO天线。
本发明实施例还记载了一种提高MIMO天线隔离度的方法，如图12所示，所述方法包括以下步骤：
步骤1201：在PCB上设置包括至少两个单天线的MIMO天线。
步骤1202：在所述单天线上设置天线支架、用于屏蔽单天线之间的低频耦合的馈电接地枝节、馈电点、接地点以及天线辐射部分。
其中，所述天线支架设置于所述PCB上，所述天线辐射部分设置于所述天线支架上；所述馈电接地枝节通过所述馈电点以及所述接地点与所述天线辐射部分连接。
优选地，所述方法还包括：在单天线之间设置双倒L型印刷枝节；
通过所述双倒L型印刷枝节屏蔽单天线之间的高频耦合。
优选地，所述方法还包括：所述馈电接地枝节通过所述馈电点与所述天线辐射部分连接时，所述馈电接地枝节将所述PCB的能量馈源提供给所述天线辐射部分，以及将所述PCB的地电压提供给所述天线辐射部分。
优选地，所述方法还包括：通过所述天线辐射部分中的单极子部分、耦合缝隙、耦合枝节辐射低频宽频带；
通过所述天线辐射部分中的单极子部分、耦合缝隙、开路枝节以及接地枝节辐射高频宽频带。
本领域技术人员应当理解，图12所示的提高MIMO天线隔离度的方法可参照前述MIMO天线的组成结构的相关描述而理解。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多进多出MIMO天线，其特征在于，所述MIMO天线包括设置于印刷电路板PCB上的至少两个单天线；所述单天线包括：天线支架、用于屏蔽单天线之间的低频耦合的馈电接地枝节、馈电点、接地点以及天线辐射部分；其中，所述天线支架设置于所述PCB上，所述天线辐射部分设置于所述天线支架上；所述馈电接地枝节通过所述馈电点以及所述接地点与所述天线辐射部分连接；其中，所述天线辐射部分包括：单极子部分、耦合缝隙、耦合枝节、开路枝节以及接地枝节；其中，所述单极子部分与所述馈电点连接，并从所述馈电点沿所述天线支架的前表面折至所述天线支架的上表面，并沿所述天线支架的上表面延伸出横向辐射面片；所述耦合枝节与所述接地枝节连接，并从所述接地枝节沿所述天线支架的上表面延伸出横向枝节；所述横向枝节与所述单极子部分的横向辐射面片通过所述耦合细缝隔开；所述开路枝节与所述接地枝节连接，并从所述接地枝节沿所述天线支架的上表面折至所述天线支架的右表面；所述接地枝节与所述耦合枝节以及所述开路枝节连接，并从所述天线支架的上表面折至所述天线支架的前表面，与所述馈电接地枝节连接。
2.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于，所述MIMO天线还包括设置于单天线之间的双倒L型印刷枝节；所述双倒L型印刷枝节用于屏蔽单天线之间的高频耦合。
3.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于，所述馈电接地枝节通过所述馈电点与所述天线辐射部分连接时，还用于将所述PCB的能量馈源提供给所述天线辐射部分，以及将所述PCB的地电压提供给所述天线辐射部分。
4.根据权利要求1至3任一项所述的MIMO天线，其特征在于，所述MIMO天线的至少两个单天线对称设置于所述PCB的顶端。
5.一种终端，其特征在于，所述终端包括权利要求1至4任一项所述的MIMO天线。
6.一种提高MIMO天线隔离度的方法，其特征在于，在PCB上设置包括至少两个单天线的MIMO天线，所述方法包括：
在所述单天线上设置天线支架、用于屏蔽单天线之间的低频耦合的馈电接地枝节、馈电点、接地点以及天线辐射部分；其中，所述天线支架设置于所述PCB上，所述天线辐射部分设置于所述天线支架上；所述馈电接地枝节通过所述馈电点以及所述接地点与所述天线辐射部分连接；
其中，所述天线辐射部分包括：单极子部分、耦合缝隙、耦合枝节、开路枝节以及接地枝节；其中，所述单极子部分与所述馈电点连接，并从所述馈电点沿所述天线支架的前表面折至所述天线支架的上表面，并沿所述天线支架的上表面延伸出横向辐射面片；所述耦合枝节与所述接地枝节连接，并从所述接地枝节沿所述天线支架的上表面延伸出横向枝节；所述横向枝节与所述单极子部分的横向辐射面片通过所述耦合细缝隔开；所述开路枝节与所述接地枝节连接，并从所述接地枝节沿所述天线支架的上表面折至所述天线支架的右表面；所述接地枝节与所述耦合枝节以及所述开路枝节连接，并从所述天线支架的上表面折至所述天线支架的前表面，与所述馈电接地枝节连接；
其中，所述方法还包括：通过所述天线辐射部分中的所述单极子部分、所述耦合缝隙、所述耦合枝节辐射低频宽频带；通过所述天线辐射部分中的所述单极子部分、所述耦合缝隙、所述开路枝节以及所述接地枝节辐射高频宽频带。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在单天线之间设置双倒L型印刷枝节；
通过所述双倒L型印刷枝节屏蔽单天线之间的高频耦合。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述馈电接地枝节通过所述馈电点与所述天线辐射部分连接时，所述馈电接地枝节将所述PCB的能量馈源提供给所述天线辐射部分，以及将所述PCB的地电压提供给所述天线辐射部分。
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