专利名称：一种双频段平面型两天线系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双频段平面型两天线系统，属移动终端多天线技术领域。
技术背景多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, ΜΙΜΟ)技术，是无线移动通信领域的一个重大突破，它能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。目前，由于移动终端设备要求体积小、重量轻、耗电小，因而在实际MIMO系统研究中的一个重要问题是在移动终端实现多天线的收发。另外，移动终端设备的小型化发展，使得多天线单元间距持续减小，天线单元间的互耦也成为影响MIMO系统中天线问题的重要因素。 目前，移动通信终端天线主要有平面倒F型天线(Planar Inverted F-shaped Antenna)和微带贴片天线。微带贴片天线的优点在于其在系统中表现出的低剖面，因此它能够很容易的安装在相关电路中，这就大大降低了总的制造成本，因此，微带贴片天线以其三维结构的灵活性而受到了各种不同设计目标的全方位开发。另外，随着WLAN普及程度的不断提高， 也要求系统模块越来越小，这使得占据系统模块大部分尺寸的天线系统必须大幅度减小尺寸。对于小尺寸的移动终端，由于天线单元之间的距离很小，空间、极化分集的作用有限，通常天线单元之间的互耦很大，使得天线的效率降低，从而降低通信系统的容量。因此， 结构紧凑、易集成、支持多输入多输出(MIMO)功能并适用于移动通信终端特别是小尺寸移动终端的多天线系统的设计，是一项重要的工作和严峻的挑战。经文献检索，未见与本实用新型相同的公开报道
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服了现有技术之不足，而提供一种双频段平面型两天线系统。为了实现WLAN 2. 4/5. 2GHz双频段的覆盖，并减小其尺寸，本实用新型提供一种应用于WLAN的微带贴片天线，该天线采用折叠技术，具有超低剖面和极小的外形；另外，该天线由两个单元构成，使之更好地支持多输入多输出(MIMO)功能，从而使其应用于MIMO移动通信终端成为可能。本实用新型的双频段平面型两天线系统，通过对天线单元位置的对称排列和天线的金属地进行联合设计，减小天线单元之间的相关性、减小天线单元之间的互耦，从而提高天线的效率和增加通信系统的容量；同时利用了天线的空间和角度分集技术；采用平面结构，使天线与通信系统易于集成；采用普通的数字电路的电路板(PCB，Printed Circuit Board)加工工艺，使天线的成本大大降低。本实用新型不仅能用于MIMO通信，也能用于普通无线通信。本实用新型的双频段平面型两天线系统，包括介质板，微带馈线(1和2)，折叠单极子结构(3和5)构成的辐射天线单元a，折叠单极子结构0和6)构成的辐射天线单元b，T形地枝结构(7)，金属地(8)。其中介质板，呈矩形，是一块印刷电路板；a、b辐射天线单元及相应的微带馈线(1和2)，印制在所述印刷电路板的正面；所述的a、b辐射天线单元形式一样，都是F型单极子天线单元，a、b辐射天线单元及相应的微带馈线(1和2)相对于所述的印刷电路板的纵轴对称。金属地(8)印制在所述印刷电路板背面，包括用于模拟无线通信系统移动终端中除天线外的其他部分的矩形金属部分，T形的地枝结构(7)用来减小天线之间互耦。所述微带馈线(1和2)、折叠单极子结构(3和5)构成的辐射天线单元a、折叠单极子结构0和6)构成的辐射天线单元b、T形地枝结构(7)和金属地(8)均通过敷铜印刷工艺制成。本实用新型具有双频段、结构紧凑、易集成、低互耦、支持多输入多输出(MIMO)功能，适用于移动通信终端特别是小尺寸移动终端的多天线结构的特点，而且采用普通数字电路制造工艺，制造工艺简单，成本低。
图1为本实用新型提供的一种用于移动终端的双频段平面型两天线系统三维图。图2为图1的A向视图即纵向剖面图。图3为图1的B向视图即天线单元和馈线的结构图。图4为图1的C向视图即金属地的结构图。图5为本实用新型双频段平面型两天线系统的辐射天线单元结构实施实例尺寸图(B向视图，左右对称结构)，单位均为毫米(mm)。图6为本实用新型双频段平面型两天线系统的结构实施实例尺寸图(C向视图，左右对称结构)，单位均为毫米(mm)。图7为图5、图6的实施实例的双频段平面型两天线系统的测量的单元反射系数 (S参数)图。图8为图5、图6的实施实例的双频段平面型两天线系统的测量的单元之间耦合系数(S参数)图。图9为图5实施实例的双频段平面型两天线系统中一个天线单元接2. 4/5. 2GHz 的激励，另一个天线单元接50欧姆的匹配负载时，在E面和H面的增益方向图图9-a和图 9-b为天线单元a接2. 4GHz激励，天线单元b接匹配负载时在E面、H面的方向图；图9_c 和图9-d为天线单元a接5. 2GHz激励，天线单元b接匹配负载时在E面、H面的方向图；9_e 和图9-f为天线单元b接2. 4GHz激励，天线单元a接匹配负载时在E面、H面的方向图；图 9-g和图9-h为天线单元b接5. 2GHz激励，天线单元a接匹配负载时在E面、H面的方向图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种用于无线通信的双频段平面型两天线系统，其三维结构示意图如图1所示。整个天线结构印制在印刷电路板的两个面上，包括微带馈线1、2，辐射天线单元a和b (折叠单极子结构3和5构成天线单元a，折叠单极子结构4和6构成天线单元b)，T形地枝结构7，金属地8。其中两个辐射天线单元结构a，b左右镜像对称且尺寸相同，每个辐射天线单元由两个折叠单极子结构构成(折叠单极子结构3和5构成天线单元a，折叠单极子结构4和6构成天线单元b)；其中辐射天线单元a的折叠单极子结构3用于构成一个较短的电流路径，实现天线的高频谐振(WLAN 5. 2GHz)，而由折叠单极子结构5的较长电流路径实现天线的低频谐振(WLAN 2.4GHz)。金属地8如图4所示，包括用来模拟无线通信系统移动终端中除天线外的其它部分的矩形金属部分，其中T形地枝结构7与主地板一起分别在辐射天线单元 a和b的背面形成一个缝隙，该结构类似于缝隙天线，能将地板上电流所携带的能量以辐射的方式消耗掉，从而减小各个辐射天线单元之间的地电流耦合，增加辐射天线单元的辐射效率。所述的双频段平面型两天线系统的辐射天线单元a和b和其对应微带馈线1和 2 (馈线阻抗应为50欧姆，以满足阻抗匹配条件，采用微带线馈电，或采用其它方式馈电，馈线的长度根据馈电点与电源的位置调整；图中所示为微带线馈电)印制在PCB的正面上部的两侧；天线的金属地8印制在PCB的另一个面上；两个面的相对位置如图3所示(图3中的线框部分为PCB板及金属地结构在图所示结构所在面上的投影)。本实用新型的技术方案是这样实现的首先一个单极子折叠天线单元为1/4波长谐振模式，因此根据工作频段选取合适的天线单元尺寸；然后另一个单极子折叠天线单元亦为1/4波长谐振模式，通过调整谐振路径，将两个谐振点调整到一个单极子天线上，再将两个该单元组成一个天线系统，实现双频段工作并支持多输入多输出应用的目的。为了说明本实用新型提供的用于MIMO通信系统移动终端的双频段平面型两天线系统的性能，下面给出一个具体实例在本例中，采用介质基片厚度为1.6mm、相对介电常数为4. 4，各部分尺寸如图5、 图6所示，图中所有尺寸的单位均为毫米(mm)。以图5、图6所示尺寸实测的双频段平面型两天线系统的单元反射系数Sll (由于双频段平面型两天线系统左右镜像对称，所以S22和Sll相等，这里略去S22)如图7 所示；实测的双频段平面型两天线系统的单元之间耦合系数S21如图8所示。由图7看出，单元反射系数Sll的-IOdB阻抗频带为17004900MHz与5050_5400MHz ；由图8看出， 在1700-2900MHz与5050-5400MHz内，单元之间耦合系数S21均不低于-15dB ；则以Sll < -IOdB且S21 < -15dB定义的天线系统工作频段为1700_2900MHz与5050_5400MHz，覆盖了 GSM(1. 710-2170MHz)、DCS (1710_1880MHz)、PCS (1850_1990MHz)、PHS (1880_1930MHz)、 UMTS(1920-2170MHz) ,WLAN(2400-2484MHz)和 WLAN(5150_5;350MHz)频段。另外，如图 9 所示，通过实测的增益方向图可看出，工作在1700-2900MHz与5050_5400MHz时，双频段平面型两天线系统左右两个单元的增益方向图基本互补，能够实现方向图分集，满足MIMO通信系统对移动终端多天线的要求。
权利要求1. 一种双频段平面型两天线系统，其特征在于印制在印刷电路板上的双频段平面型两天线系统，包括介质板，微带馈线(1和2)，折叠单极子结构(3和5)构成的辐射天线单元 a，折叠单极子结构0和6)构成的辐射天线单元b，T形地枝结构(7)，金属地(8)；其中 介质板是一块印刷电路板，呈矩形；a与b辐射天线单元及相应的微带馈线(1和2)，印制在所述印刷电路板的正面；所述的a与b辐射天线单元形式一样，都是F型单极子天线单元，a与b辐射天线单元及相应的微带馈线(1和2)相对于所述的印刷电路板的纵轴对称；金属地(8)印制在所述印刷电路板背面，包括用于模拟无线通信系统移动终端中除天线外的其他部分的矩形金属部分，T形地枝结构(7)用来减小天线之间的互耦。
专利摘要本实用新型涉及一种双频段平面型两天线系统，属移动终端多天线技术领域。印制在印刷电路板上的双频段平面型两天线系统，包括介质板，分别由折叠单极子结构(3和5、4和6)构成的辐射天线单元a、b，微带馈线(1和2)，T形地枝结构(7)，金属地(8)。辐射天线单元a、b位于印刷电路板的正面；微带馈线(1和2)位于印刷电路板的正面、在主地面的上方；金属地(8)位于印刷电路板的背面，用于模拟无线通信系统移动终端中除天线外的其他部分。本实用新型具有双频段、低互耦、低成本、易制作、易集成、角度分集，特别适用于无线通信移动终端的特点。
文档编号H01Q1/38GK202333140SQ201120470648
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者任文平, 张秀普, 申东娅, 郭腾 申请人:云南大学