[发明专利]一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线。

背景技术

近年来，随着技术的发展与进步，人们对无线通信速率的要求越来越高。随着信道容量逼近香农极限，传统的提升通信速率的方式由于无线通信中的频带和功率受限，越来越难以取得重大的突破。在这一背景下，新兴的空域资源，成为了了人们研究的热点。多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,以下简称MIMO)技术正是在这一背景下应运而生。MIMO技术是指在无线通信的收发端都采用多单元的天线，通过去除不同天线单元接收信号的相关性，寻找空间中存在的多条通信信道，成倍增加信道容量的一项技术。它的有效性很大程度取决于天线中，不同天线单元接收信号的相关性。因此，MIMO天线设计在MIMO系统设计中，起着决定性的作用。

MIMO天线的性能指标衡量上,主要包括天线的尺寸、工作频带、天线单元间的隔离度、带宽以及增益。传统的MIMO天线设计，多为基站等尺寸不受限制的安装环境，天线单元无需进行小型化设计。同时，为了减小天线单元间的互耦，提高天线单元接收信号的不相关性，天线单元间距一般设计为大于半个波长。随着无线技术的发展，手持式无线设备等小型无线设备也希望采用MIMO技术提高通信速率。为了能将MIMO天线应用在小型无线设备有限的空间中，天线单元本身必须重新设计，在保证带宽和增益的前提下，尽量缩减尺寸。在这一方面，常规的思路是使用高电介质常数材料作为天线的基材，如使用陶瓷介质制作天线。然而，相对与传统的印刷电路板工艺，其成本较高，难以得以大规模应用。

同时，针对缩小尺寸带来的天线单元间的高互耦，必须采用新的解耦方式来提高天线单元间的隔离度。考虑到互耦产生的原因主要是通过天线单元间场的空间耦合和共地造成的地电流耦合，一般采用的方式有两种：一是将天线单元设计为正交的极化模式，如采用槽天线单元与PIFA天线单元相结合组成MIMO天线；二是对天线的地面进行特殊设计，如采用开槽或引入周期性结构。然而，前者天线工作模式不统一，方向图特性和增益特性不理想，而后者结构多与波长相关，则难以对尺寸进行进一步压缩。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线，采用旋转对称结构和采用T型终端开路槽天线设计，该天线尺寸得到了有效的控制，利用在天线馈电部分引入的解耦机构，它在小尺寸下，实现了高隔离，定向辐射特性，可以应用在采用MIMO技术的小型无线通信设备中。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于印刷电路板的小尺寸高隔离三单元多输入多输出天线，包括基板、终端开路的槽天线和具有微带解耦结构的微带馈电电路，其中：

基板为具有旋转对称结构的双面印刷电路板，微带馈电电路刻制在基板的金属材质的正面上，槽天线刻制在基板的反面上，基板上有用于馈电的馈电通孔与用于匹配的短路通孔，馈电通孔与微带馈电电路连接，短路通孔同时连接槽天线所在的金属地和微带馈电电路；

射频信号通过欧姆同轴线馈入，同轴线的中心导体与馈电通孔相连，外导体与槽天线所在的金属地相连，将信号馈入微带馈电电路；

微带馈电电路由标准的微带馈电线及相应的微带解耦结构组成，微带馈电线跨过槽天线通过耦合对其进行馈电，并通过短路通孔进行匹配；微带解耦结构连接微带馈电线，以提供一个新的耦合分量，与相连处原有耦合分量进行对消，从而实现解耦。

所述槽天线由三个T型结构槽组成，三个T型结构槽的水平边位于反面中心，竖直边的终端开路，三个T型结构槽旋转对称；所述微带馈电线有三个，旋转对称，微带解耦结构位于三个微带馈电线的中央将其连接为一体，微带解耦结构也为旋转对称结构。

所述每个微带馈电线一端对应基板上的一个馈电通孔，另一端对应基板上的一个短路通孔，基板上共计三个馈电通孔，三个短路通孔。

与现有技术相比，本发明可以很好地与采用MIMO技术的小型无线设备集成，该天线基于标准的印刷电路板工艺，可有效降低工艺需求和制造成本。通过采用T型结构的终端开路槽天线，并将其旋转对称式的排布在圆形基板上，天线所占用的面积得到了有效的缩减。针对小尺寸多天线带来的强互耦，该发明在馈电部分引入了微带式的解耦结构。该解耦结构添加了新的耦合路径与原有耦合进行对消，获得了很好的解耦效果。由于采用了旋转对称结构，每个天线的辐射特性相同，且波束具有旋转对称性，在工作带宽内，天线的方向图具有定向辐射特性。