专利名称：一种双极化天线及具有该双极化天线的mimo天线的制作方法
技术领域：
一种双极化天线及具有该双极化天线的MIMO天线技术领域[0001]本发明属于通信领域，具体地，涉及一种双极化天线及具有该双极化天线的MIMO天线。
背景技术：
[0002]双极化天线是一种新型天线技术，传统的双极化天线是通过组合了 +45° 和-45°两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下，因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量；一般GSM数字移动通信网的定向基站(三扇区)要使用9根天线，每个扇形使用3根天线(空间分集，一发两收)，如果使用双极化天线，每个扇形只需要1根天线；同时由于在双极化天线中，士45°的极化正交性可以保证+45° 和-45°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求(》30dB)，因此双极化天线之间的空间间隔仅需20-30cm ；另外，双极化天线具有电调天线的优点，在移动通信网中使用双极化天线同电调天线一样，可以降低呼损，减小干扰，提高全网的服务质量。如果使用双极化天线，由于双极化天线对架设安装要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直径 20cm的铁柱，将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可，从而节省基建投资，同时使基站布局更加合理，基站站址的选定更加容易。[0003]天线在不同的产品中工作的环境及电磁特性存在较大的差异性，将会导致天线性能在设计和使用中存在较大的差异，所以要求设计出的天线必须具有较强的适应性及通用性。综上所述，原有的技术在使用中将就会遇到通用性及性能差异性的问题。发明内容[0004]本发明要解决的一个技术问题是，针对天线在不同产品中工作环境及电磁特性存在较大的差异性，导致天线性能在设计和使用中存在较大的差异，提供一种双极化天线，该天线具有较强的适应性及通用性。[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种双极化天线，所述天线包括第一介质基板、第一馈线、第二馈线、附着在第一介质基板一表面的金属片以及覆盖所述金属片的第二介质基板，所述第一馈线及第二馈线均通过耦合方式馈入所述金属片，所述金属片上镂空有微槽结构以在金属片上形成金属走线，所述天线预设有供电子元件嵌入的空间。[0006]进一步地，所述空间设置在第一馈线、第二馈线、第一馈线与金属片之间、第二馈线与金属片之间及金属片这五个位置的至少一个上。[0007]进一步地，所述空间设置在金属片上的金属走线上。[0008]进一步地，所述空间设置在微槽结构上，且连接微槽结构两侧的金属走线。[0009]进一步地，所述电子元件为感性电子元件、容性电子元件或者电阻。[0010]进一步地，所述空间为形成在所述天线上的焊盘。[0011]进一步地，所述感性电子元件电感值的范围在0_5uH之间。3[0012]进一步地，所述容性电子元件电容值的范围在0_2pF之间。[0013]进一步地，所述微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种。[0014]实施本发明的双极化天线，相对于现有的天线，具有以下有益效果通过在第一馈线、第二馈线、第一馈线与金属片之间、第二馈线与金属片之间及金属片这五个位置的至少一个上设置供电子元件嵌入的空间，可以通过改变嵌入的电子元件的性能对天线的性能进行微调，设计出满足适应性及通用性的要求的天线。另外，通过设置覆盖金属片的第二介质基板，使得天线在接收或者发射电磁波时均需要通过该第二介质基板，使得天线整体的分布电容增大，分布电容的增大能有效降低天线工作频率，因此可在不改变馈线长度的情况下使得天线在低频时仍然工作良好，满足天线小体积、低工作频率及宽带多模的要求。[0015]本发明所要解决的另一个问题是提供一种MIMO天线。[0016]本发明解决上述技术问题所采用的方案是一种MIMO天线，所述MIMO天线包括多个上述的双极化天线。[0017]根据本发明的MIMO天线，除了具备双极化天线本身的特点外，还具有很高的隔离度，多个天线之间的抗干扰能力强。
[0018]图1是本发明的双极化天线透视图；[0019]图2是本发明的双极化天线第一实施例去除第二介质基板后的结构示意图；[0020]图3是本发明的双极化天线第二实施例去除第二介质基板后的结构示意图；[0021]图4是本发明的双极化天线第三实施例去除第二介质基板后的结构示意图；[0022]图5是本发明的双极化天线第四实施例去除第二介质基板后的结构示意图；[0023]图6是本发明的双极化天线第五实施例去除第二介质基板后的结构示意图；[0024]图7a为互补式开口谐振环结构的示意图；[0025]图7b所示为互补式螺旋线结构的示意图；[0026]图7c所示为开口螺旋环结构的示意图；[0027]图7d所示为双开口螺旋环结构的示意图；[0028]图7e所示为互补式弯折线结构的示意图；[0029]图为图7a所示的互补式开口谐振环结构其几何形状衍生示意图；[0030]图8b为图7a所示的互补式开口谐振环结构其扩展衍生示意图；[0031]图9a为三个图7a所示的互补式开口谐振环结构的复合后的结构示意图；[0032]图9b为两个图7a所示的互补式开口谐振环结构与图7b所示为互补式螺旋线结构的复合示意图；[0033]图10为四个图7a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。
具体实施方式
[0034]为了更好的描述本发明的双极化天线的结构，图1采用透视图画法，如图1所示， 本发明的所述双极化天线100包括第一介质基板1、第一馈线2、第二馈线3、附着在第一介质基板1 一表面的金属片4以及覆盖所述金属片4的第二介质基板5，所述第一馈线2及第二馈线3均通过耦合方式馈入所述金属片4，所述金属片上镂空有微槽结构41以在金属片上形成金属走线42，所述天线100预设有供电子元件嵌入的空间6。从图1中我们可以看出，金属片4位于第一介质基板1与第二介质基板5之间，使得天线在接收或者发射电磁波时均需要通过该第二介质基板，使得天线整体的分布电容增大，分布电容的增大能有效降低天线工作频率，因此可在不改变馈线长度的情况下使得天线在低频时仍然工作良好，满足天线小体积、低工作频率及宽带多模的要求。图1至图6中，金属片4上的画剖面线的部分为金属走线42，金属片4上的空白部分(镂空的部分)表示微槽结构41。另外，第一馈线2与第二馈线3也用剖面线表示。[0035]第一馈线2与第二馈线3均围绕金属片4设置以实现信号耦合。另外金属片4与第一馈线2与第二馈线3可以接触，也可以不接触。当金属片4与第一馈线2接触时，第一馈线2与金属片4之间感性耦合；当金属片4与第一馈线2不接触时，第一馈线2与金属片 4之间容性耦合。同样，当金属片4与第二馈线3接触时，第二馈线3与金属片4之间感性耦合；当金属片4与第二馈线3不接触时，第二馈线3与金属片4之间容性耦合。[0036]本发明中的所述微槽结构41可以是图7a所示的互补式开口谐振环结构、图7b所示的互补式螺旋线结构、图7c所示的开口螺旋环结构、图7d所示的双开口螺旋环结构、图 7e所示的互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。衍生分为两种，一种是几何形状衍生，另一种是扩展衍生，此处的几何形状衍生是指功能类似、形状不同的结构衍生，例如由方框类结构衍生到曲线类结构、三角形类结构及其它不同的多边形类结构；此处的扩展衍生即在图7a至图7e的基础上开设新的槽以形成新的微槽结构；以图7a所示的互补式开口谐振环结构为例，图8a为其几何形状衍生示意图，图8b为其几何形状衍生示意图。此处的复合是指，图7a至图7e的微槽结构多个叠加形成一个新的微槽结构，如图9a所示，为三个图7a所示的互补式开口谐振环结构复合后的结构示意图；如图9b所示，为两个图7a所示的互补式开口谐振环结构与图7b所示为互补式螺旋线结构共同复合后的结构示意图。此处的组阵是指由多个图7a至图7e所示的微槽结构在同一金属片上阵列形成一个整体的微槽结构，如图10所示，为多个如图7a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。以下均以图7c所示的开口螺旋环结构为例阐述本发明。[0037]我们知道，通过改变馈线的馈电位置可以得到不同极化方式的天线，因此，本发明中，通过改变第一馈线与第二馈线馈电位置的不同可以得到双极化天线。优选地，第一馈线的馈电方式为水平极化，第二馈线的馈电方式为垂直极化，每种极化方式根据不同的需要可以实现如下功能，例如，有以下几种情况[0038](1)水平极化与垂直极化中的一种极化方式只用于接收电磁波，另一种极化方式用于发射电磁波。[0039](2)水平极化与垂直极化中的一种极化方式只用于接收电磁波，另一种极化方式用于发射和接收电磁波。[0040](3)水平极化与垂直极化中的两种极化方式均用于发射和接收电磁波。[0041]下面分五个实施例来详细介绍本发明。[0042]第一实施例[0043]如图2所示，在本实施例中，在第一馈线2及第二馈线3上分别预设有嵌入感性5电子元件和/或电阻的空间51、空间52，预设的嵌入电子元件空间的位置可以是第一馈线2及第二馈线3上的任意位置，并且可以有多个。可在空间51及空间52中嵌入感性电子元件，以改变第一馈线2及第二馈线3上的电感值。运用公式f=l/ (2ttD，可知电感值的大小和工作频率的平方成反比，所以当需要的工作频率为较低工作频率时，通过适当的嵌入电感或感性电子元件实现。本实施例中，加入的感性电子元件的电感值范围在 0-5uH之间，若太大交变信号将会被感性元件消耗从而影响到天线的辐射效率。本实施例的所述双极化天线具有多个频段的良好辐射特性，五个主要辐射频率从900MHz —直分布到 5. 5GHz，几乎涵盖了 GSM、CDMA、蓝牙、W-Lan(IEEE802. 11 协议),GPS,TD-LTE 等各个主要的通信频率，具有非常高的集成度且可通过对第一馈线及第二馈线上的电感值进行调节达到改变天线工作频率的目的。当然，也可以在空间51及空间52中嵌入两个电阻，以改善天线的辐射电阻。当然，空间51、52也可以是分别嵌入一个电阻以及一个感性电子元件，既实现了工作频率的调节，又能改善天线的辐射电阻。当然空间51与空间52中也可以只在其中加入电子元件，另一个空间用导线短接。[0044]实施例二[0045]如图3所示，在本实施例中，在第一馈线2与金属片4之间、第二馈线3与金属片 4之间预设有嵌入容性电子元件的空间53、空间54，预设的嵌入电子元件空间的位置可以是第一馈线2与金属片4之间、第二馈线3与金属片4之间的任意位置。图3中空间53和空间M为本实施例中嵌入容性电子元件的空间，第一馈线2、第二馈线3与金属片4之间本身具有一定的电容，这里通过嵌入容性电子元件调节第一馈线2、第二馈线3与金属片4 之间的信号耦合，运用公式f=l/ (2ttD，可知电容值的大小和工作频率的平方成反比，所以当需要的工作频率为较低工作频率时，通过适当的嵌入电容或感性电子元件实现。 本实施例中，加入的容性电子元件的电容值范围通常在0-2pF之间，不过随着天线工作频率的变化嵌入的电容值也可能超出0-2pF的范围。当然，也可以在第一馈线2、第二馈线3 与金属片4之间预设多个空间。同样，在未连接有电子元件的空间中，采用导线短接。[0046]实施例三[0047]如图4所示，在本实施例中，在金属片的金属走线42上预留有嵌入感性电子元件和/或电阻的空间，嵌入电子元件的空间不仅仅局限于图中给出的空间55和空间56，其他位置只要满足条件均可。此处嵌入感性电子元件的目的是增加金属片内部谐振结构的电感值，从而对天线的谐振频率及工作带宽起到调节的作用；与实施例一相同，此处嵌入电阻的目的是改善天线的辐射电阻。至于是嵌入感性电子元件还是电阻，则根据需要而定。另外在未嵌入电子元件的空间中，采用导线短接。[0048]实施例四[0049]如图5所示，在本实施例中，在微槽结构41上预留有嵌入容性电子元件的空间，并且所述空间连接微槽结构41两侧的金属走线42。嵌入电子元件的空间不仅仅局限与图5 中给出的空间57，其他位置只要满足条件均可。嵌入容性电子元件可以改变金属片的谐振性能，最终改善天线的Q值及谐振工作点。作为公知常识，我们知道，通频带BW与谐振频率 w0和品质因数Q的关系为BW = wo/Q，此式表明，Q越大则通频带越窄，Q越小则通频带越宽。另有Q = wL/R = 1/wRC，其中，Q是品质因素；w是电路谐振时的电源频率；L是电感； R是串的电阻；C是电容，由Q = wL/R = 1/wRC公式可知，Q和C呈反比，因此，可以通过加入容性电子元件来减小Q值，使通频带变宽。[0050]实施例五[0051]如图6所示，在本实施例中，在第一馈线2、第二馈线3、第一馈线2与金属片4之间、第二馈线3与金属片4之间及金属片4这五个位置上都设置供电子元件嵌入的空间。其中，金属片4上的空间包括设置在金属走线42上的空间以及设置在微槽结构41上且连接两侧的金属走线42的空间。具体地，本实施例中的空间包括第一馈线2上的空间61，第二馈线3上的空间62，第一馈线2与金属片4之间的空间63，第二馈线3与金属片4之间的空间64，金属走线42上的空间65、66，微槽结构41上的空间67，当然，本实施例中给出的位置并不是唯一性的，本实施例中，在上述的空间中加入电子元件以调节天线的性能，其原理与实施例一至四的原理类似，本实施例不再描述。[0052]本发明的双极化天线100上空间的预留位置并不限于上述五种形式，空间只要设置在双极化天线上即可。例如，空间还可以设置在第一介质基板上。[0053]本发明的所述电子元件为感性电子元件、容性电子元件或者电阻。在天线的预留空间中加入此类电子元件后，可以改善天线的各种性能。并且通过加入不同参数的电子元件，可以实现天线性能参数的可调。因此，本发明的双极化天线在不加入任何元件之前可以是一样的结构，只是通过在不同位置加入不同的电子元件，以及电子元件的参数(电感值、 电阻值、电容值)，来实现不同天线的性能参数。即实现了通用性。可以大幅降低生产成本。[0054]本发明的所述空间可以是焊盘，也可以是一个空缺。焊盘的结构可以参见普通的电路板上的焊盘。当然，其尺寸的设计根据不同的需要会有所不同。[0055]另外，本发明中，第一介质基板及第二介质基板由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。优选地，由高分子材料制成，具体地可以是FR-4、F4B等高分子材料。[0056]本发明中，金属片为铜片或银片。优选为铜片，价格低廉，导电性能好。[0057]本发明中，第一馈线与第二馈线选用与金属片同样的材料制成。优选为铜。[0058]本发明中，关于天线的加工制造，只要满足本发明的设计原理，可以采用各种制造方式。最普通的方法是使用各类印刷电路板(PCB)的制造方法，当然，金属化的通孔，双面覆铜的PCB制造也能满足本发明的加工要求。除此加工方式，还可以根据实际的需要引入其它加工手段，比如RFID (RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别技术，俗称电子标签)中所使用的导电银浆油墨加工方式、各类可形变器件的柔性PCB加工、铁片天线的加工方式以及铁片与PCB组合的加工方式。其中，铁片与PCB组合加工方式是指利用PCB的精确加工来完成天线微槽结构的加工，用铁片来完成其它辅助部分。另外， 还可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法来加工。[0059]本发明还提供了一种MIMO天线，所述的MIMO天线由多个上述的双极化天线100 组成。此处的MIMO即是指多输入多输出。即MIMO天线上的所有单个的双极化天线100同时发射，同时接收。MIMO天线可以在不需要增加带宽或总发送功率损耗的前提下大幅度增加系统的信息吞吐量及传输距离。另外本发明的MIMO天线还具有很高的隔离度，多个天线之间的抗干扰能力强。[0060]本发明的MIMO天线，其每个双极化天线100的第一馈线2与第二馈线3均与一个接收/发射机连接，所有的接收/发射机均连接到一个基带信号处理器上。[0061] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求1.一种双极化天线，其特征在于，所述天线包括第一介质基板、第一馈线、第二馈线、附着在第一介质基板一表面的金属片以及覆盖所述金属片的第二介质基板，所述第一馈线及第二馈线均通过耦合方式馈入所述金属片，所述金属片上镂空有微槽结构以在金属片上形成金属走线，所述天线预设有供电子元件嵌入的空间。
2.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述空间设置在第一馈线、第二馈线、第一馈线与金属片之间、第二馈线与金属片之间及金属片这五个位置的至少一个上。
3.根据权利要求2所述的双极化天线，其特征在于，所述空间设置在金属片上的金属走线上。
4.根据权利要求2所述的双极化天线，其特征在于，所述空间设置在微槽结构上，且连接微槽结构两侧的金属走线。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的双极化天线，其特征在于，所述电子元件为感性电子元件、容性电子元件或者电阻。
6.根据权利要求5所述的双极化天线，其特征在于，所述空间为形成在所述天线上的焊盘。
7.根据权利要求5所述的双极化天线，其特征在于，所述感性电子元件电感值的范围在0-5uH之间。
8.根据权利要求5所述的双极化天线，其特征在于，所述容性电子元件电容值的范围在0-2pF之间。
9.如权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种。
10.一种MIMO天线，其特征在于，所述MIMO天线包括多个如权利要求1所述的双极化天线。
专利摘要本实用新型涉及一种双极化天线，包括第一介质基板、第一馈线、第二馈线、附着在第一介质基板一表面的金属片以及覆盖所述金属片的第二介质基板，所述第一馈线及第二馈线均通过耦合方式馈入所述金属片，所述金属片上镂空有微槽结构以在金属片上形成金属走线，所述天线预设有供电子元件嵌入的空间。根据本实用新型的双极化天线，天线在接收或者发射电磁波时均需要通过该第二介质基板，使得天线整体的分布电容增大，分布电容的增大能有效降低天线工作频率，因此可在不改变馈线长度的情况下使得天线在低频时仍然工作良好，满足天线小体积、低工作频率及宽带多模的要求。另外本实用新型还涉及一种具有多个上述的双极化天线的MIMO天线。
文档编号H01Q1/38GK202275934SQ201120181190
公开日2012年6月13日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者刘若鹏, 徐冠雄, 杨松涛 申请人:深圳光启创新技术有限公司, 深圳光启高等理工研究院