《一种天线及具有该天线的MIMO天线.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种天线及具有该天线的MIMO天线.pdf（14页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103036014 A (43)申请公布日 2013.04.10 CN 103036014 A *CN103036014A* (21)申请号 201110144948.0 (22)申请日 2011.05.31 H01Q 1/38(2006.01) H01Q 5/01(2006.01) H01Q 21/00(2006.01) (71)申请人 深圳光启高等理工研究院 地址 518000 广东省深圳市南山区高新区中 区高新中一道 9 号软件大厦 申请人 深圳光启创新技术有限公司 (72)发明人 刘若鹏 徐冠雄 杨松涛 (54) 发明名称 一种天线及具有该天线的 MIMO 天。
2、线 (57) 摘要 本发明涉及一种天线， 所述天线包括。 根据本 发明的天线， 介质基板两面均设置有金属片， 充分 利用了天线的空间面积， 在此环境下天线能在较 低工作频率下工作， 同时满足天线小型化、 低工作 频率、 宽带多模的要求。 另外本发明还涉及一种具 有多个上述的天线的MIMO天线， 该MIMO天线具有 高隔离度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 6 页 1/1 页 2 1. 一种天线， 其特征在于， 所述天线包括具有两相对侧面的第一介质基板。
3、和第二介质 基板 ； 所述第一介质基板第一侧面设置有第一金属片以及围绕所述第一金属片设置的第一 馈线， 与所述第一侧面相对的第二侧面设置有第二金属片以及围绕所述第二金属片设置的 第二馈线， 所述第一馈线与所述第二馈线均通过耦合方式各自馈入所述第一金属片与所述 第二金属片 ； 所述第二介质基板一侧表面与所述第一介质基板第二侧面重合， 相对的另一 侧表面设置有第三金属片 ； 所述第一馈线与第二馈线电连接， 所述第二馈线与所述第三金 属片电连接 ； 所述第一金属片上镂空有非对称的第一微槽结构与第二微槽结构， 所述第二 金属片上镂空有非对称的第三微槽结构与第四微槽结构。 2. 根据权利要求 1 所述的。
4、天线， 其特征在于， 所述第一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。 3. 根据权利要求 1 所述的天线， 其特征在于， 所述第一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。 4. 根据权利要求 1 所述的天线， 其特征在于， 所述第二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。 5. 根据权利要求。
5、 1 所述的天线， 其特征在于， 所述第三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。 6. 根据权利要求 1 所述的天线， 其特征在于， 所述第四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。 7. 根据权利要求 1 所述的天线， 其特征在于， 所述第二馈线与所述第三金属片通过金 属化通孔或导线连接。 8. 根据权利要求 1 所述的天。
6、线， 其特征在于， 所述第一馈线与第二馈线通过金属化通 孔或导线连接。 9. 根据权利要求 1 所述的天线， 其特征在于， 所述第一金属片、 第二金属片及第三金属 片为铜片或银片。 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 所述的天线。 权 利 要 求 书 CN 103036014 A 2 1/6 页 3 一种天线及具有该天线的 MIMO 天线 技术领域 0001 本发明属于通信领域， 具体地， 涉及一种天线及具有该天线的 MIMO 天线。 背景技术 0002 在传统天线设计中当遇到天线使用空间小、 工作频率低、 工作在多模等问题时， 天 线的性。
7、能将极大的受制于天线体积大小。 天线体积的减小对应的天线的电长度也将受到影 响， 天线辐射效率及工作频率将改变。传统的偶极子天线及 PIFA 天线在面对现有通讯终端 小体积、 宽频带等问题时就显得力不从心， 设计难度极大最终也不能满足使用的要求。 传统 的天线在低频段设计中只用通过外部的匹配线路来实现多模的辐射要求， 在天馈系统中加 入匹配网络后功能上是可实现低频、 多模的工作要求， 但是其辐射效率将极大的降低因为 非常大的一部分能量损失在匹配网络上。现有的超材料小天线， 如公开号为 CN201490337 的中国专利， 在设计中集成了新型人工电磁材料， 因此其辐射具有非常丰富的色散特性， 可。
8、 以形成多种辐射模式， 即可免去繁琐的阻抗匹配网络， 这种丰富的色散特性为多频点的阻 抗匹配带来了极大的便利。尽管如此现有的超材料小天线在面对现有终端设备小体积、 低 工作频率、 宽带多模等问题时， 设计的过程中也受到了极大的制约。 发明内容 0003 本发明所要解决的技术问题是， 针对现有的超材料小天线的上述缺陷， 提供一种 天线， 该天线易于实现多模化。 0004 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是， 提供一种天线， 其包括具有两相 对侧面的第一介质基板和第二介质基板 ； 所述第一介质基板第一侧面设置有第一金属片以 及围绕所述第一金属片设置的第一馈线， 与所述第一侧面相对的第二侧面设。
9、置有第二金属 片以及围绕所述第二金属片设置的第二馈线， 所述第一馈线与所述第二馈线均通过耦合方 式各自馈入所述第一金属片与所述第二金属片 ； 所述第二介质基板一侧表面与所述第一 介质基板第二侧面重合， 相对的另一侧表面设置有第三金属片 ； 所述第一馈线与第二馈线 电连接， 所述第二馈线与所述第三金属片电连接 ； 所述第一金属片上镂空有非对称的第一 微槽结构与第二微槽结构， 所述第二金属片上镂空有非对称的第三微槽结构与第四微槽结 构。 0005 进一步地， 所述第一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。 0006 进一步地， 所述第一微槽结构为互补式开口谐振环。
10、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。 0007 进一步地， 所述第二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。 说 明 书 CN 103036014 A 3 2/6 页 4 0008 进一步地， 所述第三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或者是通过前面几种结构 衍生、。
11、 复合或组阵得到的微槽结构。 0009 进一步地， 所述第四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。 0010 进一步地， 所述第二馈线与所述第三金属片通过金属化通孔或导线连接。 0011 进一步地， 所述第一馈线与第二馈线通过金属化通孔或导线连接。 0012 进一步地， 所述第一金属片、 第二金属片及第三金属片为铜片或银片。 0013 本发明通过在天线上面设置多个金属片以增大馈线的有效辐射面积， 使得天线工 作在低频段时无需增大馈线的物理长度从而使得天线工作。
12、在低频段时仍能保证其小型化 和高性能， 另外本发明还在馈线所围绕的金属片上镂空有非对称的至少两个微槽结构， 使 得天线至少具有两个谐振频段， 易于实现多模化。 0014 本发明所要解决的另一个问题是提供一种 MIMO 天线。 0015 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 个上述的天线。 0016 根据本发明的 MIMO 天线， 除了具备上述天线本身的特点外， 还具有很高的隔离 度， 多个天线之间的抗干扰能力强。 附图说明 0017 图 1 是本发明天线第一介质基板第一实施方式 A 面视角结构示意图 ； 0018 图 2 是本发明天线第一介质基板。
13、第一实施方式 B 面视角结构示意图 ； 0019 图 3 本发明天线第二介质基板结构示意图 ； 0020 图 4 本发明天线第二实施例 A 面正视图 ； 0021 图 5 本发明天线第三实施例 A 面正视图 ； 0022 图 6a 为互补式开口谐振环结构的示意图 ； 0023 图 6b 所示为互补式螺旋线结构的示意图 ； 0024 图 6c 所示为开口螺旋环结构的示意图 ； 0025 图 6d 所示为双开口螺旋环结构的示意图 ； 0026 图 6e 所示为互补式弯折线结构的示意图 ； 0027 图 7a 为图 6a 所示的互补式开口谐振环结构其几何形状衍生示意图 ； 0028 图 7b 为图 。
14、6a 所示的互补式开口谐振环结构其扩展衍生示意图 ； 0029 图 8a 为三个图 6a 所示的互补式开口谐振环结构的复合后的结构示意图 ； 0030 图 8b 为两个图 6a 所示的互补式开口谐振环结构与图 5b 所示为互补式螺旋线结 构的复合示意图 ； 0031 图 9 为四个图 6a 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 0032 如图 1 至图 3 所示， 本发明的天线包括第一介质基板 1 与第二介质基板 2， 第一介 说 明 书 CN 103036014 A 4 3/6 页 5 质基板 1 具有相对的 A 面与 B 面。A 面设置有第一金属片 10， 围绕第一。
15、金属片 10 设置的第 一馈线 11， 在第一金属片 10 上镂刻有非对称的第一微槽结构 12、 第二微槽结构 13 ； B 面设 置有第二金属片 20， 围绕第二金属片 20 设置的第二馈线 21， 在第二金属片 20 上镂刻有非 对称的第三微槽结构 22、 第四微槽结构 23。第一馈线 11 与第二馈线 21 均通过耦合方式馈 入第一金属片 10 与第二金属片 20 且第一馈线 11 与第二馈线 21 电连接。第二介质基板 2 设置于第一介质基板下方且第二介质基板 2 一侧表面与第一介质基板 1 的 B 面紧密接触， 相对的另一侧表面设置有第三金属片 30。第三金属片 30 与第一介质基板。
16、 B 面上的第二馈 线 21 电连接。 0033 图 1 中， 第一金属片画剖面线的部分为第一金属片的金属部分， 第一金属片上的 空白部分 ( 镂空的部分 ) 表示第一微槽结构及第二微槽结构。另外， 第一馈线也用剖面线 表示。同样的， 图 2 中， 第二金属片画剖面线的部分为第二金属片的金属部分， 第二金属片 上的空白部分 ( 镂空的部分 ) 表示第三微槽结构及第四微槽结构。另外， 第二馈线也用剖 面线表示。 0034 如图 1 及图 2 所示， 所述第一馈线 11 与第二馈线 21 通过形成于第一介质基板 1 上的金属化通孔 1000 电连接。当然也可以采用导线连接。 0035 另外， 从图。
17、1与图2可以看出， 第一介质基板的A表面及B表面上附着的结构相同。 即第一馈线、 第一金属片在 B 表面的投影分别与第二馈线、 第二金属片重合。当然， 这只是 一个优选的方案， A 表面与 B 表面的结构根据需要也可以不同。 0036 第一馈线 11 围绕第一金属片 10 设置以实现信号耦合。另外第一金属片 10 与第 一馈线 11 可以接触， 也可以不接触。当第一金属片 10 与第一馈线 11 接触时， 第一馈线 11 与第一金属片 10 之间感性耦合 ； 当第一金属片 10 与第一馈线 11 不接触时， 第一馈线 11 与 金属片 10 之间容性耦合。 0037 第二馈线 21 围绕第二金。
18、属片 20 设置以实现信号耦合。另外第二金属片 20 与第 二馈线 21 可以接触， 也可以不接触。当第二金属片 20 与第二馈线 21 接触时， 第二馈线 21 与第二金属片 20 之间感性耦合 ； 当第二金属片 20 与第二馈线 21 不接触时， 第二馈线 21 与 第二金属片 20 之间容性耦合。 0038 本发明的第一微槽结构 12、 第二微槽结构 13、 第三微槽结构 22、 第四微槽结构 23 可以是图 6a 所示的互补式开口谐振环结构、 图 6b 所示的互补式螺旋线结构、 图 6c 所示的 开口螺旋环结构、 图6d所示的双开口螺旋环结构、 图6e所示的互补式弯折线结构中的一种 或。
19、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 6a 至图 6e 的基础上开设新的槽以形成新的微槽结构 ； 以图 6a 所示的互补 式开口谐振环结构为例， 图 7a 为其几何形状衍生示意图， 图 7b 为其几何形状衍生示意图。 此处的复合是指， 图 6a 至图 6e 的微槽结构多个叠加形成一个新的微槽结构， 如图 8a 所示， 为三个图 6a 所示的互补式开口谐振环结构。
20、复合后的结构示意图 ； 如图 8b 所示， 为两个图 6a 所示的互补式开口谐振环结构与图 6b 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 6a 至图 6e 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 9 所示， 为多个如图 6a 所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示 说 明 书 CN 103036014 A 5 4/6 页 6 意图。但是本发明第一微槽结构 12 与第二微槽结构 13 是非对称的， 第三微槽结构 22 与第 四微槽结构 23 亦为非对称的， 具体非对称方式在下面实施方式中详细说明。 0039 另外， 本发明中， 介质基板。
21、可由陶瓷材料、 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。 0040 本发明中， 第一金属片及第二金属片为铜片或银片。优选为铜片， 价格低廉， 导电 性能好。 0041 本发明中， 第一馈线及第二馈线选用与第一金属片及第二金属片同样的材料制 成。优选为铜。 0042 当天线工作于低频段时， 低频段的电磁波对应的波长较长， 根据天线设计原理， 天 线馈线的电辐射长度将要随之增长使得馈线物理长度变长， 而较长的馈线不仅不利于天线 整体的小型化同时也使得馈线损耗增大使得天线整体性能下降。 0043 本发明从两方面。
22、在不改变馈线物理长度的前提下增加馈线的有效辐射面积。 第一 方面是通过设置于第一介质基板1上的第一金属片10与第二金属片20， 通过两个金属片相 互之间的耦合关系增加馈线的辐射面积。第一介质基板 1 两相对表面的第一金属片 10 与 第二金属片 20 可以连接， 也可以不连接。在第一金属片 10 与第二金属片 20 不连接的情况 下， 第一金属片 10 与第二金属片 20 之间通过容性耦合的方式馈电 ； 此种情况下， 通过改变 介质基板的厚度可以实现第一金属片 10 与第二金属片 20 的谐振。在第一金属片 10 与第 二金属片20电连接的情况下(例如通过导线或金属化通孔的形式连接)， 第一金。
23、属片10与 第二金属片 20 之间通过感性耦合的方式馈电。 0044 第二方面， 设置于第二介质基板 2 的第三金属片 30 与设置于第一介质基板 B 面的 第二金属片 20 耦合， 并对第二金属片 20 上形成的第三微槽结构 22 和第四微槽结构 23 耦 合馈电。第二介质基板 2 上形成有金属化通孔 2000， 金属化通孔 2000 可以与第一介质基 板上 1 的金属化通孔 1000 在一垂直面上也可相互错开。金属化通孔 2000 电连接第二馈线 101 与第三金属片 30。第三金属片 30 耦合馈电的面积易于调节， 针对不同的工作频段只需 简单的调整第三金属片 30 的耦合馈电面积即可。。
24、 0045 本发明中所说的 “非对称的第一微槽结构 12 与第二微槽结构 13” 是指， 第一微槽 结构 12 与第二微槽结构 13 两者不构成轴对称结构。换句话说， 即在 A 表面找不到一根对 称轴， 使得第一微槽结构 12 与第二微槽结构 13 相对该对称轴对称设置。 0046 同理， 本发明中所说的 “非对称的第三微槽结构 22 与第四微槽结构 23” 是指， 第三 微槽结构 22 与第四微槽结构 23 两者不构成轴对称结构。换句话说， 即在 B 表面找不到一 根对称轴， 使得第三微槽结构 22 与第四微槽结构 23 相对该对称轴对称设置。 0047 本发明中， 第一微槽结构 12 与第。
25、二微槽结构 13 结构非对称， 第三微槽结构 22 与 第四微槽结构 23 结构非对称， 因此当天线响应电磁波时， 两个位置上形成的等效电容与等 效电感会有所不同， 从而产生至少两个不同的谐振点， 而且谐振点不易抵消， 有利于实现天 线丰富的多模化。 0048 本发明的第一微槽结构 12 与第二微槽结构 13 的结构形式可以一样， 也可以不一 样。并且第一微槽结构 12 与第二微槽结构 13 的非对称程度可以根据需要调节。同理， 本 发明的第三微槽结构 22 与第四微槽结构 23 的结构形式可以一样， 也可以不一样。并且第 三微槽结构 22 与第四微槽结构 23 的非对称程度可以根据需要调节。。
26、从而实现丰富的可调 说 明 书 CN 103036014 A 6 5/6 页 7 节的多模谐振。 0049 并且本发明根据需要， 在同一片金属片上还可以设置更多的微槽结构， 以使得所 述的天线具有三个以上的不同的谐振频率。 0050 具体的， 本发明中的非对称情形可以有以下几个实施例。 0051 图 1 所示为本发明第一介质基板 1 第一实施例的 A 面视角结构示意图。图 2 是其 B 面视角结构示意图。在本实施例中， 如图 1 所示， 处于介质基板 A 表面的第一微槽结构 12 及第二微槽结构 13 其均为开口螺旋环结构， 第一微槽结构 12 及第二微槽结构 13 不相通， 但是其尺寸的不同。
27、导致二者结构的非对称 ； 同样， 如图 2 所示， 处于介质基板 B 表面的第三 微槽结构 22 及第四微槽结构 23 其均为开口螺旋环结构， 但是其尺寸的不同导致二者结构 的非对称 ； 使得天线具有至少两个以上的谐振频率。另外， 本实施例中， 介质基板 A 表面上 的第一金属片 10、 第一馈线 11、 第一微槽结构 12 及第二微槽结构 13 在 B 表面的投影分别 与第二金属片 20、 第一馈线 21、 第一微槽结构 22 及第二微槽结构 23 重合， 这样做的好处是 简化工艺。 0052 图 4 所示为本发明第二实施例的结构示意图。由于介质基板 B 表面的结构与 A 表 面的结构相同，。
28、 故此图只表示了 A 面的结构。本实施例中， 处于第一介质基板 A 表面的第一 微槽结构12及第二微槽结构13其均为开口螺旋环结构， 且具有相同的尺寸， 第一微槽结构 12及第二微槽结构13不相通， 但是由于第一微槽结构12及第二微槽结构13二者位置上的 设置导致二者结构的非对称。 0053 图 5 所示为本发明第三实施例的结构示意图。由于介质基板 B 表面的结构与 A 表 面的结构相同， 故此图只表示了 A 面的结构。本实施例中， 处于介质基板 A 表面的第一微槽 结构 12 为互补式螺旋线结构， 第二微槽结构 13 为开口螺旋环结构， 第一微槽结构 12 及第 二微槽结构 13 不相通， 。
29、很明显， 第一微槽结构 12 及第二微槽结构 13 非对称。 0054 另外， 在上述三个实施例中， 第一微槽结构及第二微槽结构还可以通过在金属片 上镂空一条新的槽来实现第一微槽结构及第二微槽结构的连通。 连通后第一微槽结构及第 二微槽结构仍然为非对称结构， 因此， 对本发明的效果不会有太大的影响， 同样可以使得天 线具有至少两个以上的谐振频率。 0055 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。
30、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。 0056 本发明还提供了一种 MIMO 天线， 所述的 MIMO 天线由多个上述的天线组成。。
31、此处 的MIMO即是指多输入多输出。 即MIMO天线上的所有单个的天线同时发射， 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。 0057 本发明的 MIMO 天线， 其每个天线的第一馈线与第二馈线电连接后再与一个接收 / 说 明 书 CN 103036014 A 7 6/6 页 8 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。 0058 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。
32、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。 说 明 书 CN 103036014 A 8 1/6 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103036014 A 9 2/6 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103036014 A 10 3/6 页 11 图 5 图 6a 图 6b 说 明 书 附 图 CN 103036014 A 11 4/6 页 12 图 6c 图 6d 图 6e 说 明 书 附 图 CN 103036014 A 12 5/6 页 13 图 7a 图 7b 说 明 书 附 图 CN 103036014 A 13 6/6 页 14 图 8a 图 8b 图 9 说 明 书 附 图 CN 103036014 A 14 。