公开/公告号CN104600416A
专利类型发明专利
公开/公告日2015-05-06
原文格式PDF
申请/专利权人 深圳市信维通信股份有限公司;
申请/专利号CN201510018492.1
申请日2015-01-14
分类号H01Q1/22(20060101);H01Q1/52(20060101);H01Q21/00(20060101);H01Q21/30(20060101);
代理机构44275 深圳市博锐专利事务所;
代理人张明
地址 518000 广东省深圳市宝安区沙井街道西环路1013号A、B栋
入库时间 2023-12-18 08:35:15
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2018-01-30
专利权的转移 IPC(主分类):H01Q1/22 登记生效日:20180110 变更前: 变更后: 申请日:20150114
专利申请权、专利权的转移
2017-12-01
授权
授权
2015-05-27
实质审查的生效 IPC(主分类):H01Q1/22 申请日:20150114
实质审查的生效
2015-05-06
公开
公开
技术领域
本发明涉及无线通信领域,尤其涉及一种高隔离度的MIMO天线系统及无 线通信装置。
背景技术
MIMO(多输入多输出)是一种用于无线通信的天线技术,在这种技术中,多 路天线同时用于源(发射器)和目的地(接收器)。在通信回路每一端的天线都 进行了组合以达到最小的误差和最优的数据传输速度。MIMO是智能天线技术 几种形式中的一种,其他的几种是MISO(多路进,一路出)和SIMO(一路进, 多路出)。
传统的无线通信中,单根天线在源头使用,另一根天线在目的地使用。在 某些情况下,这样的设计产生了多径效应的问题。当一个电磁场遇到障碍物如 山峰、峡谷、建筑物以及设施线等时,波阵面被分散,从而电磁波沿着多条路 经到达目的地。信号散射部分的后到者引起了如衰减、花样(陡壁效应)以及 间歇接受(尖桩篱栅)等问题。
在无限互联网等数字通信系统中,它会造成数据传输速度的减慢和错误的 增加。两根或多根天线的使用,配合在源和目的地的多路信号传输(一根天线 传一路),消除了由多径传播造成的干扰,甚至能对这种效应的优点加以利用。 MIMO天线主要应用于数字电视(DTV)、无限局域网(WLANs)、都市区域网 (MANs)和手机通信中。
随着MIMO天线的使用越来越广泛,而通信装置的天线已经不局限于2*2 的组合,更多天线的使用已经在逐渐普及,这就需要在有限的空间中需要放置 更多的天线,天线间的物理距离变得很紧逼,隔离度问题就变得关键,高隔离 度是确保天线系统性能的前提。为此,有必要对上述的MIMO天线结构作进一 步的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种结构紧凑,占空面积小,隔离性 能较佳的MIMO天线系统及无线通信装置。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:提供一种高隔离度的 MIMO天线系统,包括PCB板以及MIMO天线组件,所述PCB板上设置有天 线净空区,所述MIMO天线组件安装于天线净空区,所述MIMO天线组件包括 基材、陷波器结构、天线组以及馈电部,所述基材设置于PCB板的三个边缘;
所述天线组包括第一天线组、第二天线组及第三天线组,三个天线组各自 安装于PCB板对应侧的基材上,任意一天线组均包括长支天线以及短支天线, 所述长支天线与短支天线隔离设置;
所述陷波器组件包括第一陷波器、第二陷波器以及第三陷波器,所述第一 陷波器与第三陷波器对称地设置于基材上,所述PCB板的上侧开设有匹配第二 陷波器的凹槽;
所述馈电部的数量为六,六个馈电部各自对应于所有天线组中长支天线及 短支天线设置于PCB板上。
为解决上述技术问题,本发明采用的另一个技术方案为:提供一种无线通 信装置,包括壳体以及天线系统,所述天线系统安装于壳体上,所述天线系统 为上述的高隔离度的MIMO天线系统。
本发明的有益效果在于:区别于现有技术中的MIMO天线结构体积较大或 者隔离度较差的问题,本发明提供了一种高隔离度的MIMO天线系统,包括PCB 板以及MIMO天线组件,具体的,该所述MIMO天线组件包括基材、陷波器结 构、天线组以及馈电部,天线组的数量为三个,绕于PCB板的三个边缘设置, 结构紧凑,有利于小型化的设计;同时还增设有对称设置的第一陷波器及第三 陷波器,以及内凹于PCB板上侧的第二陷波器,能够起到较佳的隔离效果,能 够保证天线的通信质量,提高天线的整合性能。
附图说明
图1为本发明高隔离度的MIMO天线系统的结构示意图;
图2为本发明高隔离度的MIMO天线系统的立体结构示意图;
图3为本发明中六个馈电部的回波损耗曲线图;
图4为本发明中第一馈电部与第二至六馈电部的隔离度曲线图;
图5为本发明中第二馈电部与第三至六馈电部的隔离度曲线图;
图6为本发明中第三馈电部与第四至六馈电部的隔离度曲线图;
图7为本发明中第四馈电部与第五至六馈电部的隔离度曲线图;
图8为本发明中第五馈电部与第六馈电部的隔离度曲线图;
图9为加入陷波器前后的第一馈电部及第三馈电部的隔离度曲线图;
图10为加入陷波器前后的第一馈电部及第六馈电部的隔离度曲线图;
图11为加入陷波器前后的第三馈电部及第六馈电部的隔离度曲线图。
标号说明:
1、PCB板; 21、第一长支天线; 22、第一短支天线;
23、第二长支天线; 24、第二短支天线; 25、第三短支天线;
26、第三长支天线; 3、基材; 41、第一陷波器;
42、第二陷波器; 43、第三陷波器; 51、第一馈电部;
52、第二馈电部; 53、第三馈电部; 54、第四馈电部;
55、第五馈电部; 56、第六馈电部。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式并 配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于:本方案采用的天线组的数量为三个,并且绕于 PCB板的三个边缘设置,结构紧凑,有利于小型化的设计,同时能够提高通信 质量;同时还增设有对称设置的第一陷波器及第三陷波器,以及内凹于PCB板 上侧的第二陷波器,能够起到较佳的隔离效果。
实施例一
请参照图1以及图2,一种高隔离度的MIMO天线系统,包括PCB板1以 及MIMO天线组件,所述PCB板1上设置有天线净空区,所述MIMO天线组 件安装于天线净空区,所述MIMO天线组件包括基材3、陷波器结构、天线组 以及馈电部,所述基材3设置于PCB板1的三个边缘;
所述天线组包括第一天线组、第二天线组及第三天线组,三个天线组各自 安装于PCB板1对应侧的基材3上,任意一天线组均包括长支天线以及短支天 线,所述长支天线与短支天线隔离设置;其中,第一天线组包括第一长支天线 21与第一短支天线22,第二天线组包括第二长支天线23与第二短支天线24, 第三天线组包括第三长支天线26与第三短支天线25;
所述陷波器组件包括第一陷波器41、第二陷波器42以及第三陷波器43, 所述第一陷波器41与第三陷波器43对称地设置于基材3上,所述PCB板1的 上侧开设有匹配第二陷波器42的凹槽;第二陷波器42从主板电流流向上改变 各频段的相对路径改善天线间的隔离度。
所述馈电部的数量为六,分别为第一馈电部51、第二馈电部52、第三馈电 部53、第四馈电部54、第五馈电部55及第六馈电部56,六个馈电部各自对应 于所有天线组中长支天线及短支天线设置于PCB板1上。上述的6路天线均采 用monopole天线(四分之一波长)结构,在满足回波损耗的前提下提高天线间 的隔离度,便于生产和在其他同类型方案中的反复利用。
从上述描述可知,本发明的有益效果在于:区别于现有技术中的MIMO天 线结构体积较大或者隔离度较差的问题,本发明提供了一种高隔离度的MIMO 天线系统,包括PCB板1以及MIMO天线组件,具体的,该所述MIMO天线 组件包括基材3、陷波器结构、天线组以及馈电部,天线组的数量为三个,绕于 PCB板1的三个边缘设置,结构紧凑,有利于小型化的设计;同时还增设有对 称设置的第一陷波器41及第三陷波器43,以及内凹于PCB板1上侧的第二陷 波器42,能够起到较佳的隔离效果,能够保证天线的通信质量,提高天线的整 合性能。
作为一优选的方案,所述基材3设置于PCB板1的左侧、上侧以及右侧, 所述第一陷波器41及第三陷波器43设置于PCB板1上侧的基材3上。PCB板 1的左侧、上侧以及右侧按照图示位置表述,并非对天线组的位置方向限定,具 体的安装位置可以根据实际的设计要求来确定。
作为一优选的方案,所述第一陷波器41的自由端向第一天线组中的长支天 线弯曲形成“┏”形,所述第三陷波器43的自由端向第一天线组中的短支天线 弯曲形成“┓”形。第一陷波器41及第三陷波器43能够起到较佳的隔离效果。
作为一优选的方案,所述第一陷波器41及第三陷波器43的电长度接近2.4G 频段的四分之一波长。第一陷波器41及第三陷波器43的电长度近似2.4G频段 的四分之一波长,满足monopole天线的要求。
作为一优选的方案,所述第二陷波器42的形状为“弓”字形、“工”字形、 “L”形及“T”形中任意一种。凹槽的宽度和深度与第二陷波器42适配,而第 二陷波器42的宽度和深度对于天线接地的影响较大。另外,除上述形状外,还 可以是其它的几何形状,能够对PCB板接地进行调整。
作为一优选的方案,所述第一天线组中的第一长支天线21及第一短支天线 22垂直设置于PCB板1上侧的基材3上,所述第二天线组中的第二长支天线23 及第二短支天线24水平设置于PCB板1左侧的基材3上,且第二长支天线23 靠近第一长支天线21,所述第三天线组中的第三长支天线26及第三短支天线 25水平设置于PCB板1右侧的基材3上,且第三长支天线26靠近第一短支天 线22。上述的PCB板1的左侧、上侧、右侧按照图示位置表述,并非对天线组 的位置方向限定,具体的安装位置可以根据实际的设计要求来确定。
作为一优选的方案,所述长支天线支持的频率为2.4GHz-2.484GHz,所述短 支天线支持的频率为5.2GHz-5.9GHz。长支天线支持2.4G频段,而短支天线支 持5G频段。
作为一优选的方案,所述基材3的材质为耐燃材料,基材3的介电常数为 4.3。耐燃材料能够提高基材3的耐久度,提高整个天线的使用寿命。
作为一优选的方案,所述基材3表面镀有铜层。具有较佳的防腐蚀及导电 性能。
为更好的对本方案进行说明,下面以PCB板尺寸为120mm*64mm*1mm, 基材为耐燃材料(FR4)的MIMO天线系统的性能进行测试,参阅图3-图11, 图3为本方案的六个馈电部的回波损耗曲线图,图中共计6个回波损耗数据, 天线回波损耗均满足小于-8dB的设计需求。由于是无源器件,满足天线的端口 互易性原则,所以隔离度共计15种组合,图3为本发明中六个馈电部的回波损 耗曲线图,图4为本发明中第一馈电部与第二至六馈电部的隔离度曲线图,图5 为本发明中第二馈电部与第三至六馈电部的隔离度曲线图,图6为本发明中第 三馈电部与第四至六馈电部的隔离度曲线图,图7为本发明中第四馈电部与第 五至六馈电部的隔离度曲线图,图8为本发明中第五馈电部与第六馈电部的隔 离度曲线图,图4-图8的隔离度共计15种状态。从数据看隔离度指标在目标频 段均在-15dB以内,达到较高的隔离度性能。图9到图11本方案中陷波器部分 加入前后对2.4G频段的影响对比情况,其中,图9为加入陷波器前后的第一馈 电部及第三馈电部的隔离度曲线图,图10为加入陷波器前后的第一馈电部及第 六馈电部的隔离度曲线图,图11为加入陷波器前后的第三馈电部及第六馈电部 的隔离度曲线图。从数据看陷波器不加,数据均有大幅度的恶化,加入后对于 隔离度的改善非常明显。所有天线的在不同频率的天效率测试值如表1所示, 从数据看天线效率在所在目标频段均大于-3dB,满足良好的辐射性能。
表1
实施例二
一种无线通信装置,包括壳体以及天线系统,所述天线系统安装于壳体上, 所述天线系统为高隔离度的MIMO天线系统,包括PCB板以及MIMO天线组 件,所述PCB板上设置有天线净空区,所述MIMO天线组件安装于天线净空区, 所述MIMO天线组件包括基材、陷波器结构、天线组以及馈电部,所述基材设 置于PCB板的三个边缘;所述天线组包括第一天线组、第二天线组及第三天线 组,三个天线组各自安装于PCB板对应侧的基材上,任意一天线组均包括长支 天线以及短支天线,所述长支天线与短支天线隔离设置;所述陷波器组件包括 第一陷波器、第二陷波器以及第三陷波器,所述第一陷波器与第三陷波器对称 地设置于基材上,所述PCB板的上侧开设有匹配第二陷波器的凹槽;所述馈电 部的数量为六,六个馈电部各自对应于所有天线组中长支天线及短支天线设置 于PCB板上。
综上所述,本发明提供的一种高隔离度的MIMO天线系统,包括PCB板以 及MIMO天线组件,具体的,该所述MIMO天线组件包括基材、陷波器结构、 天线组以及馈电部,天线组的数量为三个,绕于PCB板的三个边缘设置,结构 紧凑,有利于小型化的设计;同时还增设有对称设置的第一陷波器及第三陷波 器,以及内凹于PCB板上侧的第二陷波器,在确保WIFI效率的性能的前提下, 能够起到较佳的隔离效果,能够保证天线的通信质量,提高天线的整合性能。 另外,第一天线组分别与第二天线组及第三天线组正交设置,极化方向正交可 以进一步改善天线中间的隔离度。
本发明还提供的一种无线通信装置,该无线通信装置应用上述的MIMO天 线系统,具有较佳的天线性能。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利 用本发明说明书及附图内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术 领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
机译: 高隔离度多频带MIMO天线系统
机译: 高隔离度多频带MIMO天线系统
机译: MIMO系统的高隔离度多频带单极天线