CN110233349B - 多输入多输出天线及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种多输入多输出天线及终端设备，包括：第一天线单元、第二天线单元和由微带线组成的去耦网络；所述去耦网络为镜像对称结构，连接在所述第一天线单元与所述第二天线单元之间，用于消除所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的复信号。本发明实施例提供的多输入多输出天线能够减小所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的传输导纳，有效去除所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的复信号，从而降低所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的耦合度，提高各天线单元的性能，保证天线传输数据的质量，并且该多输入多输出天线结构简单，易于实现，且成本低。
Description
技术领域
本发明实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种多输入多输出天线及终端设备。
背景技术
移动通信是当今发展最为快速的领域之一，移动通信经历了几代变革。随着4G和5G通信时代的到来，智能终端成为人们上网的主要工具，且要求智能终端能够完成适应多代通信标准的数据传输。智能终端的天线作为数据收发的关键部件起着重要作用。
在现有技术中，可以通过在同一个智能终端中布置分别工作在不同频点的多个天线来满足不同代通信标准所使用的频率要求。
然而，受智能终端所能提供的尺寸的限制，该多个天线之间的空间距离不可能大于或者等于一个波长，由于距离过近导致各天线之间的耦合度过高，导致天线性能下降，影响数据传输质量。
发明内容
本发明实施例提供一种多输入多输出天线及终端设备，以降低各天线单元之间的耦合度，提高通信质量，避免增大天线间距离占用智能终端过多空间。
第一方面，本发明实施例提供一种多输入多输出天线，包括：第一天线单元、第二天线单元和由微带线组成的去耦网络；
所述去耦网络为镜像对称结构，连接在所述第一天线单元与所述第二天线单元之间，用于消除所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的复信号。
在一种可能的设计中，所述去耦网络包括：第一子网络和第二子网络；
所述第一子网络的一端与所述第一天线单元连接，所述第一子网络的另一端与所述第二天线单元连接，用于消除所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的实部信号；
所述第二子网络的一端与所述第一天线单元和/或所述第二天线单元连接，另一端悬空，用于消除所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的虚部信号。
在一种可能的设计中，所述去耦网络包括：
平直的微带线主体，所述微带线主体的两端向上延伸并分别与所述第一天线单元和所述第二天线单元连接；
以及对向设置在所述微带线主体的E形叉结构，所述E形叉结构的上下端悬空。
在一种可能的设计中，所述第一天线单元与所述第二天线单元镜像对称设置。
在一种可能的设计中，所述第一天线单元与所述第二天线单元正交放置。
在一种可能的设计中，所述第一天线单元与所述第二天线单元位于同一平面。
在一种可能的设计中，所述多输入多输出天线还包括：接地板、介质基板、位于所述第一天线单元底端的第一馈电端以及位于所述第二天线单元底端的第二馈电端；
所述第一馈电端和所述第二馈电端用于连接馈电微带线；所述第一天线单元、所述第二天线单元、所述第一馈电端、所述第二馈电端与所述接地板均为所述介质基板表面上的印刷结构。
在一种可能的设计中，所述第一天线单元为单极子天线。
在一种可能的设计中，所述第一天线单元和所述第二天线单元均包括：互相垂直的第一天线部和第二天线部；
所述第一天线部垂直设置，所述第二天线部与所述第一天线部的上端连接，所述第二天线部远离所述第一天线部的一端向下延伸形成延伸部，且所述延伸部的端部向所述第一天线部延伸预定距离。
第二方面，本发明实施例提供一种终端设备，其特征在于，包括上述任一项所述的多输入多输出天线。
本实施例提供的多输入多输出天线及终端设备，该多输入输出天线通过在第一天线单元和第二天线单元之间设置由微带线组成的镜像对称的去耦网络，能够减小所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的传输导纳，有效去除所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的复信号，从而降低所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的耦合度，提高各天线单元的性能，保证天线传输数据的质量，并且该多输入多输出天线结构简单，易于实现，且成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一实施例提供的多输入多输出天线的结构示意图；
图2为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线的结构示意图；
图3为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线的S参数仿真示意图；
图4为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线的第一馈电端受激励时在2.0GHz频点的E面远场辐射方向仿真示意图；
图5为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线的第一馈电端受激励时在2.0GHz频点的H面远场辐射方向仿真示意图；
图6为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线的第二馈电端受激励时在2.0GHz频点的E面远场辐射方向仿真示意图；
图7为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线的第二馈电端受激励时在2.0GHz频点的H面远场辐射方向仿真示意图。
附图标记说明：
10：第一天线单元；
20：第二天线单元；
30：去耦网络；
31：第一子网络；
32：第二子网络；
40：第一馈电端；
50：第二馈电端；
60：介质基板；
70：接地板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
应当理解的是，下面的实施例并不限制本发明所保护的方法中各步骤的执行顺序。本发明的方法的各个步骤在不相互矛盾的情况下能够以任意可能的顺序并且能够以循环的方式来执行。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
具体实施例：
图1为本发明一实施例提供的多输入输出天线的结构示意图。如图1所示，该多输入输出天线包括：第一天线单元10、第二天线单元20和由微带线组成的去耦网络30。
所述去耦网络30为镜像对称结构，连接在所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间，用于消除所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的复信号。
所述微带线是指由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线。适合制作微波集成电路的平面结构传输线。与金属波导相比，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等。
可选地，微带线宽度可进行调整，通常在0.5mm-1.5mm之间进行调整，例如，微带线宽度可以为0.7mm。
可选地，所述第一天线单元10和所述第二天线单元20有多种设置方式，例如，可以将所述第一天线单元10和所述第二天线单元20设置在介质基板60的相对侧，以增大距离，还可以将所述第一天线单元10和所述第二天线单元20设置在介质基板60的同侧，以便于调整参数使两个天线单元更加匹配。
本实施例提供的多输入多输出天线的工作过程为：可以在所述第一天线单元10和所述第二天线单元20分别设置馈电端，并且两个馈电端可以通过馈电微带线连接智能终端内的信号收发系统。在进行信号收发的过程中，设置在第一天线单元10和第二天线单元20之间的去耦网络30，该去耦网络30对第一天线单元10与第二天线单元20之间的信号进行滤波，消除第一天线单元10与第二天线单元20之间的实部信号和虚部信号。可选地，该实部信号和虚部信号可以分别通过去耦网络30的不同构件进行消除。
本实施例提供的多输入多输出天线，通过在第一天线单元10和第二天线单元20之间设置由微带线组成的镜像对称的去耦网络30，能够减小所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的传输导纳，有效去除所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的复信号，从而降低所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的耦合度，提高各天线单元的性能，保证天线传输数据的质量，并且该多输入多输出天线结构简单，易于实现，且成本低。
现有技术中，对于降低多输入多输入天线中两个天线单元之间的耦合度(即提高两个天线单元之间的隔离度)有其他方式，例如：可以通过在两个天线单元之间的接地板70上，开设不同形式的槽缝，将两个天线单元之间的部分耦合电流引导到槽缝处，起到陷波的作用，阻碍两个天线单元之间的电流的传输，从而提高两个天线单元之间的隔离度。然而开缝技术只能针对特定的频段提高隔离度，当多输入多输出天线的频段发生变化时，只能重新设计槽缝，并且槽缝技术要求在接地板70上开缝，影响终端尺寸以及难以避免周边器件的影响，在实际产品中并不实用。还可以通过在两个天线单元之间加入中和线及相关的电感电容匹配器件，将两个天线单元之间的耦合电流引导到接地板70进行中和，然而该种方式提供的天线结构复杂，由于使用了电感电容等器件也会使成本增加。而本实施例提供的多输入多输出天线是采用微带线组成的去耦网络30进行滤波去耦，结构简单，成本低，易于实现，克服了上述现有方案的缺陷。
在图1所示的实施例的基础上，本发明又一实施例提供的多输入多输出天线中对所述去耦网络30进行了详细说明，本实施例中，所述去耦网络30包括：第一子网络31和第二子网络32。
所述第一子网络31的一端与所述第一天线单元10连接，所述第一子网络31的另一端与所述第二天线单元20连接，用于消除所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的实部信号。
所述第二子网络32的一端与所述第一天线单元10和/或所述第二天线单元20连接，另一端悬空，用于消除所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的虚部信号。
可选地，所述第一子网络31包括镜像对称设置的第一左结构与第一右结构，用于消除所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的实部信号，即将所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的传输导纳的实数部分变为零；其中，所述第一左结构与所述第一右结构均连接在所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间；所述第二子网络32包括镜像对称设置的第二左结构和第二右结构，用于消除所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的虚部信号，即将所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的传输导纳的虚数部分变为零；其中，所述第二左结构与所述第二右结构包括悬空的端口；所述第一天线单元10依次通过所述第一左结构、所述第二左结构、所述第二右结构与所述第一右结构与所述第二天线单元20连接。也就是所述第二子网络32的一端通过所述第一子网络31分别与所述第一天线单元10和所述第二天线单元20连接。
本实施例提供的多输入多输出天线，通过与两个天线单元(所述第一天线单元10和所述第二天线单元20)分别连接的第一子网络31去除两个天线单元之间的实部信号，并且通过具有悬空端的第二子网络32去除两个天线单元之间的虚部信号。能够将两个天线单元之间的传输阻抗变为零，消除两个天线单元之间的复信号，提高两个天线单元之间的隔离度，避免两个天线单元耦合过大，导致天线性能下降，对数据传输质量产生影响。
在上述实施例的基础上，本发明又一实施例提供的多输入多输出天线对所述去耦网络30的结构进行了详细说明，本实施例中，所述去耦网络30包括：平直的微带线主体，所述微带线主体的两端向上延伸并分别与所述第一天线单元10和所述第二天线单元20连接。
以及对向设置在所述微带线主体的E形叉结构，所述E形叉结构的上下端悬空。
本实施例中，所述E型叉结构可以用于消除所述第一天线单元10和所述第二天线单元20之间的虚部信号，也即将所述第一天线单元10和所述第二天线单元20之间的传输导纳变为纯实数。所述微带线主体以及两端向上延伸的延伸部构成的L型结构可以用于消除所述第一天线单元10和所述第二天线单元20之间的实部信号，也即将所述第一天线单元10和所述第二天线单元20之间的传输导纳的实数变为零。
可选地，所述E型叉结构可以有多种变形，例如，E型结构的上中下三个横线中的上横线和下横线可以设置为具有一定弧度。或者将E型结构增加更多的枝节。
在上述实施例的基础上，所述第一天线单元10与所述第二天线单元20镜像对称设置。可选地，所述第一天线单元10与所述第二天线单元20位于同一平面。
本实施例提供的多输入多输出天线，通过采用微带线主体及其向上形成的延伸部消除两个天线单元之间的实部信号，并且通过设置在所述微带线主体的E型叉结构，消除两个天线单元之间的虚部信号，能够将两个天线单元之间的传输阻抗变为零，消除两个天线单元之间的复信号，提高两个天线单元之间的隔离度，避免两个天线单元耦合过大，导致天线性能下降，对数据传输质量产生影响。并且该去耦网络30的结构简单，成本低，易于实现。
在上述实施例的基础上，为了进一步加大所述第一天线单元10和所述第二天线单元20之间在空间上的隔离度，本发明又一实施例提供的多输入输出天线对两个天线单元的空间设置方式做了进一步限定，本实施例中，所述第一天线单元10与所述第二天线单元20进行正交放置。
一种具体的可实施方式，可以将所述第一天线单元10与所述第二天线单元20设置在同一平面，并且相互垂直，以实现正交放置。
另一种具体的可实施方式，可以将所述第一天线单元10所在的第一平面和所述第二天线单元20所在的第二平面垂直相交于第一相交线，并且以所述第一相交线所在的与所述第一平面和所述第二平面均成45度角的第三平面为对称面将所述第一天线单元10和所述第二天线单元20镜像对称设置。
本实施例提供的多输入多输出天线，通过将所述第一天线单元10和所述第二天线单元20进行正交设置，能够将两个天线单元的表面电流尽可能集中在天线单元附近，减少对天线单元周围其他器件的耦合，提高两个天线单元在自由空间上的隔离度。
图2为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线，在上述实施例的基础上，本实施例中，所述多输入多输出天线还包括：接地板70、介质基板60、位于所述第一天线单元10底端的第一馈电端40以及位于所述第二天线单元20底端的第二馈电端50。
所述第一馈电端40和所述第二馈电端50用于连接馈电微带线；所述第一天线单元10、所述第二天线单元20、所述第一馈电端40、所述第二馈电端50与所述接地板70均为所述介质基板60表面上的印刷结构。
可选地，所述第一天线单元10可以为单极子天线。单极子天线单极天线是竖直的具有四分之一波长的天线。在自由空间中，四分之一波长单极天线在垂直平面上的辐射方向图与半波偶极天线在垂直平面中的方向图形状相似，但没有地下辐射。在水平面上，垂直单极天线是全向性的。通过采用单极子天线能够获得更大的带宽。可选地，可以令天线能够覆盖1.8Ghz-3.1Ghz工作频带。
通过选择合适的介质厚度可以降低表面波耦合，可选地，所述介质基板60可以采用面积为60*60mm厚度为1.6mm的方体介质板，并且介电常数为4.4±3％的FR4等级的耐燃材料，避免当多输入多输出天线的介质基板60的厚度和波长之间的比例达到一定值时，产生过大的表面波耦合。
可选地，所述第一天线单元10和所述第二天线单元20设置为印刷但机子辐射贴片，并且使该两个印刷单极子辐射贴片位于方体介质基板60的同一侧，智能终端的辐射系统的信号线可以通过馈电微带线与该两个印刷单极子辐射贴片分别直接连接。
可选地，制作天线所使用的材质有多种，例如:可以采用0.5mm厚的铜板或0.2mm厚的镀锡钢板。该两种材质性价比较高，能够保证较低的制作成本。
本实施例提供的多输入多输出天线，通过将两个天线单元进行正交放置，能够进一步增大自由空间的隔离度，避免两个天线单元耦合过大，导致天线性能下降，对数据传输质量产生影响。进一步，采用线极化方式的结构简单的单极子天线，能够在保证低成本的前提下获得更大的带宽，以增大天线的适用范围。再结合去耦网络30的宽带滤波作用，进一步减少天线单元之间的耦合。天线的阻抗频带宽度可以为1.86 GHz(1.24 GHz-3.10 GHz)，该工作频带包括了智能终端通信中的GSM1.9 GHz、Wi-Fi2.4 GHz、Bluetooth2.4GHz、FDDLTE2.5-2.7 GHz等频点。
在上述实施例的基础上，为了进一步增加各天线单元的带宽，本发明又一实施例提供的多输入多输出天线，对所述第一天线单元10和所述第二天线单元20的结构做了进一步的限定，在本实施例提供的多输入多输入出天线中，所述第一天线单元10和所述第二天线单元20均包括：互相垂直的第一天线部和第二天线部。
所述第一天线部垂直设置，所述第二天线部与所述第一天线部的上端连接，所述第二天线部远离所述第一天线部的一端向下延伸形成延伸部，且所述延伸部的端部向所述第一天线部延伸预定距离。
本实施例提供的多输入多输出天线，通过将所述第一天线单元10和所述第二天线单元20设置为相同的结构，并且设置为类似F型的结构，能够进一步增大天线的带宽，以适应不同通信标准下的频率要求。可选地，天线单元工作频段可以为1.8Ghz-3.1Ghz。该工作频带包括了智能终端通信中的GSM 1.9 GHz、Wi-Fi2.4 GHz、Bluetooth2.4 GHz、FDDLTE2.5-2.7 GHz等频点。
图3为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线的S参数仿真示意图。若两个天线单元之间不增加由微带线组成的所述去耦网络30，两个天线单元之间的隔离度最差处只有-6dB，无法达到设计需求。如图3所示，根据曲线C可知，本实施例提供的多输入多输出天线在频带1.24 GHz～3.10GHz内的耦合度都低于-19.2dB，完全可以满足工程设计所要求的小于-15dB的标准。
图4为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线的第一馈电端40受激励时在2.0GHz频点的E面远场辐射方向仿真示意图；图5为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线的第一馈电端40受激励时在2.0GHz频点的H面远场辐射方向仿真示意图；图6为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线的第二馈电端50受激励时在2.0GHz频点的E面远场辐射方向仿真示意图；图7为本发明又一实施例提供的多输入多输出天线的第二馈电端50受激励时在2.0GHz频点的H面远场辐射方向仿真示意图；如图4-7所示，两个天线单元在平面法线方向上具有均匀的辐射特性，并且从主极化和交叉极化方向上的辐射特性可以看出，主极化方向上的辐射远远大于交叉极化方向上的辐射，所以两个天线单元均具有很好的交叉极化隔离度。
本发明又一实施例还提供一种终端设备，包括上述任一实施例所述的多输入多输出天线。
本实施例提供的终端设备，通过采用上述任一实施例提供的多输入多输出天线，并且该多输入输出天线通过在第一天线单元10和第二天线单元20之间设置由微带线组成的镜像对称的去耦网络30，能够减小所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的传输导纳，有效去除所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的复信号，从而降低所述第一天线单元10与所述第二天线单元20之间的耦合度，提高各天线单元的性能，保证天线传输数据的质量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种多输入多输出天线，其特征在于，包括：第一天线单元、第二天线单元和由微带线组成的去耦网络；
所述去耦网络为镜像对称结构，连接在所述第一天线单元与所述第二天线单元之间，用于消除所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的复信号；
所述去耦网络包括：
平直的微带线主体，所述微带线主体的两端向上延伸并分别与所述第一天线单元和所述第二天线单元连接；
以及对向设置在所述微带线主体的E形叉结构，所述E形叉结构的上下端悬空；
其中，所述第一天线单元和所述第二天线单元设置在介质基板的相对侧；
所述E形叉结构用于消除所述第一天线单元和第二天线单元之间的虚部信号；
所述微带线主体以及两端向上延伸的延伸部构成的L形结构用于消除所述第一天线单元和所述第二天线单元之间的实部信号。
2.根据权利要求1所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述第一天线单元与所述第二天线单元镜像对称设置。
3.根据权利要求2所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述第一天线单元与所述第二天线单元正交放置。
4.根据权利要求1所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述多输入多输出天线还包括：接地板、介质基板、位于所述第一天线单元底端的第一馈电端以及位于所述第二天线单元底端的第二馈电端；
所述第一馈电端和所述第二馈电端用于连接馈电微带线；所述第一天线单元、所述第二天线单元、所述第一馈电端、所述第二馈电端与所述接地板均为所述介质基板表面上的印刷结构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述第一天线单元为单极子天线。
6.根据权利要求5所述的多输入多输出天线，其特征在于，所述第一天线单元和所述第二天线单元均包括：互相垂直的第一天线部和第二天线部；
所述第一天线部垂直设置，所述第二天线部与所述第一天线部的上端连接，所述第二天线部远离所述第一天线部的一端向下延伸形成延伸部，且所述延伸部的端部向所述第一天线部延伸预定距离。
7.一种终端设备，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的多输入多输出天线。
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