CN104505592B - 一种具有宽频带特性的mimo移动终端天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有宽频带特性的MIMO移动终端天线，其特征在于：包括介质基板，还包括刻蚀在介质基板正面的单极子辐射体a1、b1和微带线a2、b2，以及刻蚀在介质基板背面的矩形槽a3、b3和阶跃阻抗枝节a4、b4，所述单极子辐射体a1、b1分别通过微带线a2、b2馈电，矩形槽a3、b3分别与阶跃阻抗枝节a4、b4相连，所述的单极子辐射体a1、微带线a2、矩形槽a3、阶跃阻抗枝节a4组成天线单元A，单极子辐射体b1、微带线b2、矩形槽b3、阶跃阻抗枝节b4组成天线单元B。本发明的移动终端天线，具有结构简单，工作带宽超宽的优点，能够满足小型化，低成本，易于集成在移动终端中的要求。

Description

一种具有宽频带特性的MIMO移动终端天线

技术领域

本发明涉及移动终端天线，特别涉及一种具有宽频带特性的MIMO移动终端天线。

背景技术

随着无线通信技术的迅猛发展，通信系统对高速率、大容量和高可靠性的移动通信质量需求越来越强烈，而应用传统的通信技术很难满足这一需求。在实际的应用中，多径衰落效应是一个难以克服的挑战，因为从不同传输路径传输的信号具有不同的相位和幅度，这使得他们在接收机端往往会相互抵消减弱。多输入多输出技术(multiple-input-multiple-output，MIMO)技术在一个通信系统中应用多个收发天线来发射和接收信号，可以有效的克服多径衰落效应并提高系统容量和可靠性。近年来，MIMO技术得到了广泛的关注和研究，广大学者提出了不少的应用于不同通信系统的MIMO天线。

由于MIMO技术的众多优点，它被广泛地认为是LTE(Long Term Evolution)和4G(第四代移动通信系统)的核心技术之一。目前4G通信系统正在飞速的普及之中，但不可否认的是，2G和3G通信系统仍然正在使用当中。因此在MIMO移动终端天线的设计中，能够全面覆盖2G、3G和4G通信系统的移动终端天线具有更大的实用性和吸引力。目前出现的MIMO移动终端天线，很少能够实现这一目标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有宽频带特性的MIMO移动终端天线。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种具有宽频带特性的MIMO移动终端天线，包括介质基板，还包括刻蚀在介质基板正面的单极子辐射体a1、b1和微带线a2、b2，以及刻蚀在介质基板背面的矩形槽a3、b3和阶跃阻抗枝节a4、b4，所述单极子辐射体a1、b1分别通过微带线a2、b2馈电，矩形槽a3、b3分别与阶跃阻抗枝节a4、b4相连，所述的单极子辐射体a1、微带线a2、矩形槽a3、阶跃阻抗枝节a4组成天线单元A，单极子辐射体b1、微带线b2、矩形槽b3、阶跃阻抗枝节b4组成天线单元B。

所述的阶跃阻抗枝节a4、b4均弯折成三段，三段的长度和宽度均不相同，形成阶跃阻抗谐振器的形状。阶跃阻抗谐振器可以产生更多的谐振频率点，从而为实现超宽带覆盖提供了可能性。

所述的介质基板背面沿长度方向刻蚀一条缝隙，并且在缝隙上方引入一条中和线将天线单元A、B连接起来。由于在MIMO天线设计存在多个天线单元，各个天线单元之间的耦合高低对MIMO系统的性能有着至关重要的影响，天线单元间耦合越小，MIMO系统性能越高。本发明具有两个天线单元A和B，为了使两个天线单元之间的耦合降低到最小值，在两个天线单元之间的地面上刻蚀了一条缝隙，并且在缝隙上方引入了一条中和线将两个天线单元连接起来。由于两个天线单元在高频段的耦合主要是由于地面的电流从一个端口流向另一个端口造成，因此地面上的缝隙可以有效的隔断高频段电流，实现高频段的低耦合。在低频段，两个天线单元的耦合不仅仅是由于地面的电流引起，还有近场辐射的电磁波的影响，因此用一条中和线连接两个天线单元可以额外创造一条耦合路径，抵消低频段原来存在的耦合，从而实现低频段的低耦合。通过地面缝隙和中和线的共同作用，使得两个天线单元在整个频段内都具有较低的耦合度。

所述的微带线a2、b2弯折成直角。

所述的矩形槽a3、b3设置在与微带线a2、b2相对应的介质基板背面上。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明与已出现的采用平面结构的MIMO移动终端天线相比，本发明具有超宽的工作带宽，可以兼容2G/3G/4G通信系统，对通信系统的适用性更强。通过正面单极子辐射体对地面阶跃阻抗谐振器枝节的耦合馈电，产生了一个超宽的工作频带，从0.87GHz到2.82GHz。本发明可以完全覆盖2G通信频段GSM900/GSM1800/GSM1900,3G通信频段TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000和已经开放商用的4G(LTE)通信频段。

2、与已出现的覆盖2G/3G/4G通信系统的天线相比，本发明采用的是平面结构，结构更加紧凑，更适合应用于移动终端中,而且实现的是单个超宽频带，不是多个窄的通信频带。

3、本设计结构简单，体积小，成本低。

附图说明

图1为本发明所述的具有宽频带特性的MIMO移动终端天线的正面结构示意图；

图2为本发明所述的具有宽频带特性的MIMO移动终端天线的背面结构示意图；

图3为本发明所述的具有宽频带特性的MIMO移动终端天线的电磁仿真曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1、2，一种具有宽频带特性的MIMO移动终端天线，包括介质基板，还包括刻蚀在介质基板正面的单极子辐射体a1、b1和微带线a2、b2，以及刻蚀在介质基板背面的矩形槽a3、b3和阶跃阻抗枝节a4、b4，所述单极子辐射体a1、b1分别通过微带线a2、b2馈电，矩形槽a3、b3分别与阶跃阻抗枝节a4、b4相连，所述的单极子辐射体a1、微带线a2、矩形槽a3、阶跃阻抗枝节a4组成天线单元A，单极子辐射体b1、微带线b2、矩形槽b3、阶跃阻抗枝节b4组成天线单元B；

所述的阶跃阻抗枝节a4、b4均弯折成三段，三段的长度和宽度均不相同，形成阶跃阻抗谐振器的形状；

所述的介质基板背面沿长度方向刻蚀一条缝隙，并且在缝隙上方引入一条中和线将天线单元A、B连接起来；

所述的微带线a2、b2弯折成直角；

所述的矩形槽a3、b3设置在与微带线a2、b2相对应的介质基板背面上。

本发明印制在相对介电常数为4.4的介质基板两面。本发明正面分别印制两个天线单元A和B的单极子，如图1中a1和b1；与它们相连接的微带线，如图中a2和b2，其中微带线特性阻抗为50欧姆，方便于馈电匹配。本发明背面印制天线地面，从地面上延伸出两个阶跃阻抗谐振器枝节，如图2中a4和b4；在地面上与正面微带线相对应的位置，剪去了两个矩形部分，方便于阻抗匹配调节，如图2中a3和b3；两个天线单元间的地面刻蚀了一条缝隙5；在缝隙5的上方引入了一根枝节线6。

利用正面的单极子贴片对背面的接地阶跃阻抗谐振器枝节耦合馈电，实现了超宽带工作。通过将微带馈线偏离单极子贴片，并在微带线相对着的地面上开两个矩形槽，实现了良好的阻抗匹配。利用地面上的一条缝隙和连接两个天线的枝节线，实现了天线单元间的低耦合。电磁仿真反射系数S11曲线如图3所示。从图中可以看出，天线的-6dB工作带宽从0.87GHz到2.82GHz，可以完全覆盖2G通信频段GSM900/GSM1800/GSM1900,3G通信频段TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000和已经开放商用的4G(LTE)通信频段。同时两个单元间实现了低频段内12dB、高频段内15dB的高隔离度，可以保证MIMO通信系统中较低的信道相关性，为可靠的高质量通信提供保证。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有宽频带特性的MIMO移动终端天线，其特征在于：包括介质基板，还包括刻蚀在介质基板正面的单极子辐射体a1、b1和微带线a2、b2，以及刻蚀在介质基板背面的矩形槽a3、b3和阶跃阻抗枝节a4、b4，所述单极子辐射体a1、b1分别通过微带线a2、b2馈电，矩形槽a3、b3分别与阶跃阻抗枝节a4、b4相连，所述的单极子辐射体a1、微带线a2、矩形槽a3、阶跃阻抗枝节a4组成天线单元A，单极子辐射体b1、微带线b2、矩形槽b3、阶跃阻抗枝节b4组成天线单元B；其中微带线a2、b2的设置位置分别偏离了单极子辐射体a1、b1的中心；所述矩形槽a3、b3设置在地面上与正面微带线相对应的位置；所述的介质基板背面沿长度方向刻蚀一条缝隙，并且在缝隙上方引入一条中和线将天线单元A、B连接起来。

2.根据权利要求1所述的具有宽频带特性的MIMO移动终端天线，其特征在于：所述的阶跃阻抗枝节a4、b4均弯折成三段，三段的长度和宽度均不相同，形成阶跃阻抗谐振器的形状。

3.根据权利要求1所述的具有宽频带特性的MIMO移动终端天线，其特征在于：所述的微带线a2、b2弯折成直角。

4.根据权利要求1所述的具有宽频带特性的MIMO移动终端天线，其特征在于：所述的矩形槽a3、b3设置在与微带线a2、b2相对应的介质基板背面上。