专利名称：利用宽带t型中和线提高隔离度的mimo天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信中的MIMO (Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)天线的技术领域，更具体地说，涉及一种利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线。
背景技术：
第3代移动通信系统(3G)是工作在2MHz的宽带数字通信系统，它实际所提供的速率难以得到理论上的2Mbps，难以满足用户日益增长的需求。尽管目前3G增强型技术LET (Long Term Evolution)不断发展，但其传输速率还有差距，不能提供动态范围多速率业务。此外，3G空中接口主流的三种体制WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA所支持的核心网不具有统一的标准，难以提供具有多种QoS(Quality of krvice)及性能的多速率业务，不能真正实现不同频段的不同业务环境间的无缝漫游。由于3G系统以上的局限性，第4代移动通信系统GG)与技术已成为目前移动通信领域的研究热点。4G移动通信无线网络和现有网络相比较，具有较高的数据速率和频谱利用率，能够提供多媒体业务，能够实现全球无缝隙漫游，具有更高的安全性、智能性、灵活性以及更高的传输质量和服务质量，应能支持非对称性业务，并能支持多种业务。未来的4G网络应当是全IP网络，应体现出移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势。MIMO技术被认为是4G的关键技术之一。MIMO技术的空间复用就是在接收端和发射端使用多个天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个数据通道(ΜΙΜ0子信道)发射信号，从而使得容量随着天线数量的增加而线性增加。这种信道容量的增加不占用额外的带宽，也不消耗额外的发射功率，因此是增加信道和系统容量的一种非常有效的手段。利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。MIMO天线是MIMO通信系统的关键技术。对于基站而言，因为可用空间大，多天线技术的应用容易得到实现。对于小型手持设备来说，将多个天线集成在小空间中，会引起很大的互耦，天线的性能就随之下降，就无法实现信道容量随着天线数目的增加以线性比例增大。如何在减小天线阵列尺寸，同时减小天线单元间的耦合是MIMO天线设计的难点。目前为了减小天线单元间的互耦，提高天线单元间的隔离度，已经发展形成了多种的方法。2004年Gaoming Chi,Binhong Li，和Dongsheng Qi 等人在MICR0WAVEAND OPTICALTECHNOLOGY LETTERS发表题为"Dual-Band Printed Diversity Antenna for 2. 4/5. 2-GHzWLAN Application”的文章，在该文章中提出了利用T型地板枝节来提高两天线单元间的隔离度。2005年Kyeong-Sik Min等人在发表在欧洲微波会议上发表题为“ Improved ΜΙΜΟAntenna by Mutual Coupling Suppression between Elements，，的文章,才艮道了寄生单兀可以减小天线单元间互耦，该设计利用六个寄生单元，在5. 15-5. 35GHz (| S11 < -IOdB)频带内将隔离度提高到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 上发表题为"Study and Reduction of the Mutual Coupling Between Two Mobile Phone PIFAsOperating in the DCS1800 and UMTS Bands”的文章，该文章首次提出了利用中和线解耦技术提高两个工作在不同频率的天线单元间的互耦。2007 年 Yuan Ding, Zhengwei Du, Ke Gong 等人在 IEEE TRANSACT 10NS0N ANTENNASAND PROPAGATION 上发表了题为"A Novel Dual-Band Printed Diversity Antenna forMobile Terminals"的文章，该文提出利用两对L型地板枝节去减小地板表面波引起的互耦，从而提高MIMO天线两单元间的隔离度。2008 年，Angus C. K. Mak, Corbett R. Rowell,和 Ross D. Murch 等人在 IEEETRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION，上发表了题为 “Isolation EnhancementBetween Two Closely Packed Antennas”的文章，该文证实地板缝隙可以提高MIMO天线单元间的隔离度。可见，减小耦合的主要方法有EBG地板结构，解耦网络，地板缝隙，反射单元，地板分支和中和线。然而以上的解耦方法仅仅适用于窄带工作带宽中，而且大多数结构设计复杂，难以实现小型、宽带/多频、高隔离度的设计要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线，该天线结构简单，制作容易，具有小型、宽带和高隔离度等特性，并可实现阻抗带宽和隔离度的独立可调；该MIMO天线适合应用于如手机等移动终端设备的系统中，能够在多径通信环境中提供良好的分集增益，抵抗多径衰落，或提供复用增益，提高系统的信道容量。为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现一种利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线，包括基板，印制在基板正面的系统地板、形成对称结构的天线单元一和天线单元二，印制在基板背面的微带线一、微带线二以及设置在微带线一上的激励端口一和设置在微带线二上的激励端口二，天线单元一与微带线一部分重叠，天线单元二与微带线二部分重叠；其特征在于该天线还包括印制在基板正面的宽带T型中和线；所述宽带T型中和线有三个分支，其中分支一和分支二结构相同，它们分别与天线单元一和天线单元二相连接，并构成耦合路径一，分支三与系统地板相连接，所述分支一或者分支二和分支三构成耦合路径二。在上述方案中，宽带T型中和线的三条分支构成的耦合路径所产生的作用与MIMO天线原有的耦合路径产生的作用相反，故可以抵消MIMO天线的天线单元间原有的耦合，提高MIMO天线单元之间的隔离度。同时改变宽带T型中和线的三条分支的长度可以独立控制MIMO天线隔离度的参数，从而实现MIMO天线隔离度的独立可调。所述印制在基板正面的天线单元一和印制在基板背面的微带线一的重叠部分形成耦合结构一；印制在基板正面的天线单元二与印制在基板背面的微带线二的重叠部分形成耦合结构二。通过耦合结构一和耦合结构二分别给天线单元一和天线单元二进行耦合馈电，耦合结构一和耦合结构二给天线引入额外的电容，故能有效地增大天线的电长度，减小天线的物理尺寸，有利于天线的小型化发展。更具体地说，所述微带线一通过耦合结构一对天线单元一进行耦合馈电；所述微带线二通过耦合结构二对天线单元二进行耦合馈电。本发明耦合结构一和耦合结构二的长度为一个可以有效地控制MIMO天线的的阻抗带宽的参数，从而可以实现阻抗带宽的独立控制。所述天线单元一和天线单元二印制在基板正面上设置有地板短路线一和地板短路线二。所述基板是相对介电常数为1-1000的介质基板。与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果1、与已有的应用与MIMO天线中的中和线设计相比较，本发明中提出的宽带T型中和线能在宽带工作带宽内有效地提高MIMO天线单元间的隔离度。2、本发明提出宽带T型中和线的三个分支的长度可以有效控制隔离度的参数，而这长度参数对天线单元的阻抗带宽没有影响，有助于得到宽阻抗带宽，以及实现隔离度的独立控制。3、本发明提出的MIMO天线单元采用耦合结构进行耦合馈电。耦合结构的采用，一方面减小了 MIMO天线单元的尺寸，另一方面耦合结构的长度是一个可以有效地控制天线单元的阻抗带宽的参数，而且该参数的变化对天线单元间的隔离度没有影响，从而实现阻抗带宽的独立控制。4、与已有移动终端设备MIMO天线设计相比较，本发明具有更小的尺寸，更简单的结构的特点，从而可以降低生产成本，并适用于各种多功能小型手持设备中。
图1(a)是本发明利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线所采用的基板结构示意图；图1(b)是本发明利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线的结构示意图；图2是图1为本发明利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线的| S111和| S21 频率响应曲线图；图3是传统地板两单元MIMO天线的结构示意图；图4是传统地板两单元MIMO天线的| S111和| S211频率响应曲线图；图5是本发明利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线随着耦合结构长度1。 变化的Is11I和Is21I频率响应曲线图；图6是本发明利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线随着分支一或分支二长度In变化的IS11I和Is21I频率响应曲线图；图7是本发明利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线随着分支三长度h变化的Is11I和Is21I频率响应曲线图。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的描述。
实施例本发明利用宽带T型中和线提高隔离度的ΜΙΜΟ天线的结构示意如图1所示，包括基板11，系统地板14，两个天线单元(形成对称结构的天线单元一 1 和天线单元二 15b)， 两个激励端口(激励端口一 17a和激励端口二 17b)，两条50欧姆微带线(微带线一 18a和微带线二 18b)和宽带T型中和线111。其中，系统地板14、天线单元一 1 和天线单元二 15b与宽带T型中和线111被印制在基板11的正面12，微带线一 18a和微带线二 18b被印制在基板11的背面13。耦合结构一 16a为天线单元一 1 和50欧姆微带线一 18a的重叠部分，耦合结构二 16b为天线单元二 1 和50欧姆微带线二 18b的重叠部分。印制在基板11正面12的天线单元一 1 经由耦合结构一 16a被印制在基板11背面13的50欧姆的微带线一 18a 进行耦合馈电；印制在基板11正面12的天线单元二 1 经由耦合结构二 16b被印制在基板11背面13的50欧姆的微带线二 18b进行耦合馈电。本发明的宽带T型中和线由三条分支(分支一 111a、分支二 Illb和分支三Illc) 组成，分支一 Illa和分支二 Illb结构相同，分别与天线单元一 1 和天线单元二 1 相连接，分支三Illc与系统地板14相连接。宽带T型中和线111的三个分支构成两条额外的耦合路径，耦合路径一由分支一 Illa和分支二 Illb组成，耦合路径2分支一 Illa或者分支二 Illb和分支三Illc组成。天线单元一 1 和天线单元二 15b印制在基板11正面12上设置有地板短路线一 19a和地板短路线二 19b。其中，地板短路线一 19a和地板短路线二 19b分别与系统地板14 交有短路点一 IlOa和短路点二 110b。本发明提出的MIMO天线采用通过耦合结构一 16a和耦合结构二 16b对天线单元
一15a和天线单元二 1 进行耦合馈电的方式的优点在于，耦合结构一 16a或耦合结构二 16b的长度1。为一个可以有效地控制MIMO天线的的阻抗带宽的参数，而该参数1。的变化对MIMO天线隔离度几乎没有影响，如图5所示。长度1。变大，耦合结构一 16a和耦合结构
二16b产生的电容就越大，ΜΙΜΟ天线单元的电长度越大，则阻抗带宽和谐振点往低频移动。 所以本发明提出的利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线能实现阻抗带宽的独立可调。本发明提出的宽带T型中和线111的三个分支构成的两条额外的耦合路径一和耦合路径二，它们产生的作用与MIMO天线原有的耦合路径的作用相反，故可以抵消MIMO天线的天线单元一 15a和天线单元二 15b之间原有的耦合。比较图2和图4可以观察到，宽带T 型中和线111的应用可以极大地提高MIMO天线单元一 1 和天线单元二 1 之间的隔离度，而宽带T型中和线的应用，对MIMO天线的阻抗带宽几乎没有影响。传统的MIMO天线的结构示意图如图3所示，采用耦合馈电的MIMO天线，具有很好的阻抗带宽，但是该天线单元间的隔离度却差。从图6和图7可以观察到宽带T型中和线111的分支一 Illa或分支二 Illb的长度In和分支三Illc的长度h的变化对MIMO天线的阻抗带宽几乎没有影响，而隔离度受到的影响却很大。分支一 Illa或分支二 Illb的长度In变大，则耦合路径一和耦合路径二的长度都变大，则隔离度受到很大的影响，如图6所示。当分支三Illc的长度h变小，则耦合路径二的长度变小，则隔离度也受到的比较大地影响，如图7所示。但是，无论是长度1 或者长度h发生任何变化，阻抗带宽受到的影响都很小，如图6和图7所示。所以本发明提出的利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线可以实现隔离度的独立可调。
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。
权利要求
1.一种利用宽带τ型中和线提高隔离度的MIMO天线，包括基板，印制在基板正面的系统地板、形成对称结构的天线单元一和天线单元二，印制在基板背面的微带线一、微带线二以及设置在微带线一上的激励端口一和设置在微带线二上的激励端口二，天线单元一与微带线一部分重叠，天线单元二与微带线二部分重叠；其特征在于该天线还包括印制在基板正面的宽带T型中和线；所述宽带T型中和线有三个分支，其中分支一和分支二结构相同，分别与天线单元一和天线单元二相连接，并构成耦合路径一，分支三与系统地板相连接，所述分支一或者分支二和分支三构成耦合路径二。
2.根据权利要求1所述的利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线，其特征在于所述印制在基板正面的天线单元一和印制在基板背面的微带线一的重叠部分形成耦合结构一；印制在基板正面的天线单元二与印制在基板背面的微带线二的重叠部分形成耦合结构二。
3.根据权利要求2所述的利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线，其特征在于所述微带线一通过耦合结构一对天线单元一进行耦合馈电；所述微带线二通过耦合结构二对天线单元二进行耦合馈电。
4.根据权利要求1所述的利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线，其特征在于所述天线单元一和天线单元二印制在基板正面上设置有地板短路线一和地板短路线二。
5.根据权利要求1所述的利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线，其特征在于所述基板是相对介电常数为1-1000的介质基板。
全文摘要
本发明提供了一种利用宽带T型中和线提高隔离度的MIMO天线，该天线包括基板，印制在基板正面的系统地板、形成对称结构的天线单元一和天线单元二，印制在基板背面的微带线一、微带线二以及设置在微带线一上的激励端口一和设置在微带线二上的激励端口二；该天线还包括印制在基板正面的宽带T型中和线；宽带T型中和线由三个分支组成，分支一和分支二结构相同，分别与天线单元一和天线单元二相连接，并构成耦合路径一，分支三与系统地板相连接，分支一或者分支二和分支三构成耦合路径二。本发明的MIMO天线能有效地提高MIMO天线单元间的隔离度，并能实现隔离度和阻抗带宽的独立控制。
文档编号H01Q1/38GK102570030SQ20121001790
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者李健凤, 褚庆昕 申请人:华南理工大学