专利名称：新型的小型多输入多输出天线的制作方法
技术领域：
本实用新型属于天线技术与无线通信领域，涉及一种可在手机终端使用的多输入多输出(MMO)天线。
背景技术：
多输入多输出(multiple input multiple output,以下简称ΜΙΜΟ)技术是一种智能天线技术，它是指在通信系统的发射端和接收端都采用多个天线进行信号的发射与接收，以提高通信的质量与性能。MIMO的核心概念是利用多根发射天线与多根接收天线来传输和接收同样功率的能量时所具有的空间自由度来有效提升无线通信系统的频谱效率，以提升传输速率并改善通信品质。由于MIMO技术可以在不需要增加带宽或总发送功率耗损(transmit power expenditure)的情况下大幅地增加系统的资料吞吐量(throughput)及传送距离，使得此技术在无线通信领域得到了广泛的关注与应用，并成为现代无线通信标准(例如 IEEE 802. IlN(WIFI), 4G, 3GPP Long term evolution (LTE) , WiMax 和 HSPA+) 的重要部分。MIMO天线作为MMO通信系统的重要组成部分，它的性能将极大的影响整个MMO通信系统的效率与质量。影响MMO天线性能的主要因素包括天线的尺寸、工作频段、阻抗及增益和多天线之间的隔离度。为了保证天线之间有较好的隔离度，使它们工作时候不相互干扰，天线之间的距离一般要达到半个工作波长，但这会导致整个天线变得很大，不利于终端的小型化与紧凑设计。为了降低天线之间互感，增大隔离度，同时保证尺寸较小，一般采用两种办法一是特殊的天线地面结构设计，比如地面凹槽；二是采用隔离结构，如EBG周期结构。两种方法都可以在一定程度上减小MMO天线的尺寸同时保证天线隔离度较好，但是四分之一个工作波长的尺寸相对于手机终端来说仍然较大。而一种类似于带阻滤波器的结构成为另外一种选择。
发明内容本实用新型采用一种具有三个阻带的滤波器结构作为MMO天线的隔离结构，并使之与两个单天线紧凑安放，进而设计出能够工作在三个频带的MIMO天线，同时保证天线的尺寸较小和性能优良。本实用新型采用的技术方案是新型的小型多输入多输出天线，包括基底、两个单天线和滤波器结构；在基底上设置有两个单天线和滤波器结构，其中两个单天线位于滤波器结构上方，并成对称设置。所述的单天线是由T型馈线和变形的口字形外围结构组成，T型馈线设置在变形的口字形外围结构内，口字形外围结构靠近中心的一侧边呈半圆弧形状，远离中心的一侧边与底边分离；该单天线通过竖直设置的微带线与地平面连接。所述的滤波器结构由两个变形的E字形结构和中间的长微带线组成，两个E字形结构呈对称设置，E字形结构的顶边长于底边，两个变形的E字形结构通过中边与长微带线连接.所述的单天线与所述的滤波器结构的对称轴重合，所述的长微带线一端伸入两个单天线之间，另一端与地平面连接。所述的长微带线由两段粗细不同的微带线组成。本实用新型具有的有益效果是本实用新型的MMO天线具有紧凑的结构，且能够工作在2. 42GHz,3. 43GHz和5GHz三个频段下，同时每个频段内天线都具有良好的隔离度、带宽和增益，符合手机中对天线小型化和MIMO技术的要求，能够用于手机终端。
图I为天线的整体结构图；图2为单个天线的结构图；图3为滤波器结构的结构图；图4为天线的测试结果图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详述 如图I所示，本实用新型中MIMO天线由两个单天线结构1-1和一个滤波器结构1_3组成。天线的总体尺寸是15_ X 14. 5mm,基底1_2米用的是手机终端中常用的FR-4材料，它的介电常数为4. 4,结构参数为55mm x 50mm x 1.6mm。天线的地面1-4与天线结构在一个平面上，大小为40 X 50mm，这种共面设计有利于天线的装配。单天线的结构如图2所示，它是由T型馈线2-2和变形的口字形外围结构2-1组成。T型馈线的尺寸为横臂长3. Imm和宽O. 7mm,竖臂与横臂的中心相连，长5. 8mm和宽
O.4mm ;与最右垂直壁的距离为O. 7mm,与上臂的距离为O. 6mm。右侧垂直壁的长度为9mm，宽度为O. 5mm ;上侧横臂的长度为7mm,宽为I. 5mm ;左臂上的半圆弧的圆心在左臂的中点上，内半径为2. 5mm，外半径为3. 5mm。口字型结构的下横臂的尺寸为7mm (长)x O. 8mm (宽)，与地面相连竖直微带线2-3为5_ (长)X Imm (宽)，其中下横臂与T型馈线的竖臂之间的距离为O. 4臟，与最右侧上端的垂直臂的距离为O. 6mm。两个单天线的间距为1mm。单天线工作在3. 32GHz和5. 28GHz两个频段内(Sll〈_10dB)。当两个天线紧密放置且不加滤波器结构时，此时天线具有更好的阻抗匹配(Sll更小)，但两个天线的隔离度很差，S21仅仅达到-7dB，不符合要求。滤波器结构如图3所示，它是由两个变形的E字形结构3-2和中间的长微带线构成。其中E字型的上横臂(顶边)的长度为4. 86mm,宽度为O. 5mm ;下横臂(底边)的长度为4mm,宽度为O. 5mm冲横臂(中边)的长度为5. 5mm,宽度为O. 3mm,与顶边的距离为E字型结构垂直高度的1/4大小；竖臂的高度为4. 55，宽度为O. 54_。中间长微带线由两段粗细不同的微带线组成，上端细微带线3-1的长度为6. 8mm,宽度为O. 4mm ;下端粗微带线3_3的长度为2. 76mm,宽度为1mm。该结构的阻带为I. 67-2. 45GHz, 3-3. 6GHz和5. 06_6GHz，且在
2.42GHz处S21特别小，也就是对此频率下的信号传输几乎不存在阻碍。[0022]两个单天线和滤波器结构的放置如图I所示，可以看出，整个天线功能鲜明、结构紧凑和设计新颖。当每个单天线工作在3. 43GHz和5GHz频段时，由于滤波器结构会隔离这两个带宽内的信号传输，使得两个单天线都能够在该频段各自正常工作，不会因为互感效应影响到对方。同时因为滤波结构的加入，使得整个天线系统在2. 42GHz下也产生了谐振，也就是天线在此频率也能进行信号的传输。因此整个天线结构能够工作在2. 42GHz、
3.43GHz和5GHz三个频段下，且都有良好的隔离度(<10dB)。整个天线在三频段下的测试结果如图4所示。测量结果显示，天线在三个工作频段2. 42GHz，3. 43GHz和5GHz下的传输特性(Sll)和隔离效果(S21)都很理想，符合应用要求，可以应用到手机终端的天线系统上。本实用新型的MMO天线的优点包括(I)结构紧凑。如图1，两个单天线与滤波器结构紧凑放置，整个天线的尺寸只有 15mm X 14. 85mm，符合手机天线小型化的要求。两个单天线距离很小(不到1mm)，但是隔离度却表现良好(<-10dB)。T型馈线与左右两壁的距离会影响谐振频率，与上壁的距离影响阻抗匹配。通过调节T型馈线与四周连接线的距离可以有效的调节天线的辐射特性和阻抗特性，进而根据实际条件改善天线的性能。(2)三频段工作。如图4所示，由于单天线和滤波器结构的共同作用，天线可以正常工作在2. 42GHz, 3. 43GHz和5GHz三个频段下，符合wifi和wimax的工作要求，适用于手机终端无线上网服务。三个频段下的Sll都小于-10dB，变现出良好的传输特性。且在
3.43GHz和5GHz处都拥有超过500MHz的带宽，大的带宽可以增加天线的应用范围和信道容量。(3)隔离度高。如图4，MMO天线的在三个频段下的S21都小于_10dB，拥有良好的隔离度。滤波器结构和单天线变现出良好的共同工作特性。两个单天线都仍然能在各自的工作频率下正常工作，同时滤波器结构不仅阻隔了 3. 43GHz和5GHz频段下两个单天线的互感，而且还增加了 2. 42GHz这一工作频段，显著增强了整个MMO天线的工作性能与适用范围；(4)性能优良。三个频率点2. 54GHz, 3. 46GHz和5. 23GHz下仿真得到的天线增益分别为O. 72dBi，3. 135dBi和2. 197dBi，符合手机终端的使用要求。并且2. 42GHz，
3.43GHz,和4. 92-5. 4 GHz频段下天线的辐射效率分别为64. 6%，83% and 80%.，效率较高。同时整个天线系统具有良好全向辐射特性，同时交叉极化和主极化增益彼此相等，可以有效地提高终端M頂O天线的分集接收性能。本实用新型陈述了一种新型的小型多输入多输出天线，创新性地把滤波器结构加入到两个单天线之间，使得MMO天线在工作频段内拥有良好的隔离度，并且能够实现三频段工作，同时整个天线结构紧凑，尺寸很小，适用于手机终端。本实用新型中天线基底采用的是FR-4材料，是手机终端中最常用的基底材料之一。而单天线和滤波器结构都是用铜加工制作而成，成本低廉且加工方便。综上所述，设计出的MMO天线不仅克服了传统MMO天线的隔离结构尺寸大的问题，而且还具有隔离度很高，三频段工作，结构简单，成本低等优点，因此有着广阔的应用价值和市场潜力。
权利要求1.新型的小型多输入多输出天线，包括基底、两个单天线和滤波器结构，其特征在于在基底上设置有两个单天线和滤波器结构，其中两个单天线位于滤波器结构上方，并成对称设置； 所述的单天线是由T型馈线和变形的口字形外围结构组成，T型馈线设置在变形的口字形外围结构内，口字形外围结构靠近中心的一侧边呈半圆弧形状，远离中心的一侧边与底边分离；该单天线通过竖直设置的微带线与地平面连接； 所述的滤波器结构由两个变形的E字形结构和中间的长微带线组成，两个E字形结构呈对称设置，E字形结构的顶边长于底边，两个变形的E字形结构通过中边与长微带线连接; 所述的单天线与所述的滤波器结构的对称轴重合，所述的长微带线一端伸入两个单天线之间，另一端与地平面连接； 所述的长微带线由两段粗细不同的微带线组成。
专利摘要本实用新型涉及一种新型的小型多输入多输出天线。现有的天线在满足天线隔离度较好情况下，其四分之一个工作波长的尺寸相对于手机终端来说仍然较大。本实用新型包括基底、两个单天线和滤波器结构；在基底上设置有两个单天线和滤波器结构，其中两个单天线位于滤波器结构上方，并成对称设置。本实用新型具有紧凑的结构，且能够工作在2.42GHz、3.43GHz和5GHz三个频段下，同时每个频段内天线都具有良好的隔离度、带宽和增益，符合手机中对天线小型化和MIMO技术的要求，能够用于手机终端。
文档编号H01Q1/52GK202601832SQ20122023003
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者胡骏, 孔纯成, 何赛灵 申请人:浙江大学