具有高共模抑制比的差分缝隙mimo天线的制作方法

具有高共模抑制比的差分缝隙mimo天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种MM0天线，尤其是一种具有高共模抑制比的差分缝隙MM0天线， 属于无线移动通信领域。
【背景技术】
[0002] 近年来随着无线移动通信的迅猛发展，无线移动通信借以提高数据传输速率的资 源一一频率带宽和发射功率都已经濒临饱和。移动通信的高速发展带来的是频谱资源的 日益短缺，如何在现有的频谱资源上提高信息的传输速率和质量已成为当今社会的研宄重 点。MIMO(Mutltiple-InputMultiple-Output，多输入多输出）无线通信技术因为其不需 要损失频率带宽和发射功率的资源就能大幅度提高信道容量和数据传输速率的巨大优势， 进入了人们的视野。MIM0作为802.lln的核心技术，因其可在不增加传输带宽或发射功率 的前提下，显著地提高了信道容量和传输的可靠性，已成为国内外学者研宄的重点。多天线 技术作为MIM0技术的核心，同样受到了广泛的关注。
[0003] MM0天线设计是MM0通信系统的关键技术。MM0技术利用多天线进行发射/ 接收分集，从而得到一定的分集增益；MM0技术利用多天线进行空间复用则可以提高频谱 利用率，不增加系统的发射功率就可以大大地提高传输速率。MIM0天线的隔离度是一个重 要的研宄方向，目前增大隔离度的方法主要有：EBG地板结构，解耦网络，地板缝隙，反射单 元，地板分支和Neutralization线。
[0004] 无线通信技术的迅猛发展，也促进了全集成射频前端产品的需要。集成射频前端 通常采用差分技术实现，作为射频前端的关键部件之一，大多数天线设计为单端口器件，不 能直接与差分电路集成，通常需要采用巴伦把差分信号转换为单端口信号然后馈入天线。 巴伦的使用会造成损耗，使系统效率降低，也增加了独立器件的数量，不利于系统高度集成 和小型化。
[0005] 差分天线改变了传统天线的设计方法，直接把差分信号馈入到天线的两个端口， 为设计高集成的射频前端提供了新的途径。
[0006] 据调查与了解，目前公开的现有技术如下：
[0007] 1)2011 年Wen-ShanChen、Chi_HuangLin和Hong-TwuChen等人在Asia-Pacific MicrowaveConference上发表 了题为"ACompactMonopoleSlotMIMOAntennafor WirelessUSBDongleApplicationatWLANBand"的文章中，采用微带线对缝隙单极子馈 电，又设计成了MIM0天线，实现了WLAN的2. 4GHz频段的工作，并达到了一定的隔离度。天 线尺寸较小，但是地板尺寸较大，而且只是实现了WLAN-个频段的工作。
[0008] 2) 2013 年 12 月RezaKarimian，HomayoonOraizi，SaeedFakhte和Mohammad Farahani等人在"IEEEANTENNASANDWIRELESSPROPAGATIONLETTERS" 上发表题为 "NovelF-ShapedQuad-BandPrintedSlotAntennaforWLANandWiMAXMIMOSystems"的 文章，采用微带线对地板上的F形缝隙馈电，加上F形缝隙中的枝节，实现了包括WiMax和 WLAN在内的四个频段的工作，并且四个频率都可以独立的进行控制，之后又做了四个单元 相互正交的MMO天线。天线的设计采用了开路缝隙结构大大缩小了天线的尺寸，但是MMO天线四个频带中的高频段带宽比较窄，单元间的隔离度也不是很高。与传统的单天线相比， MIMO天线的增益有所提高。但是与差分天线相比，又没有对共模的抑制作用。

【发明内容】

[0009] 本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种具有高共模抑制比的 差分缝隙MM0天线，该MM0天线结构简单，能够满足小型化，低成本，易与加工，易于与差 分电路集成的要求。
[0010] 本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0011] 具有高共模抑制比的差分缝隙MMO天线，包括介质基板和多个天线单元，所述每 个天线单元包括地板和微带馈线，所述地板设置在介质基板顶层，且刻蚀有T形缝隙，所述 微带馈线设置在介质基板底层，并将T形缝隙分为开路缝隙和短路缝隙；所述多个天线单 元的地板相连，将介质基板顶层覆盖。
[0012] 作为一种优选方案，所述微带馈线呈凹形结构，该凹形结构的两端分别为第一馈 电端口和第二馈电端口，所述第一馈电端口和第二馈电端口位于介质基板底层的同一边缘 处。
[0013] 作为一种优选方案，所述相连的地板上刻蚀有矩形缝隙，所述多个天线单元之间 通过矩形缝隙隔开。
[0014] 作为一种优选方案，所述天线单元有四个，四个天线单元的T形缝隙相互正交排 列在相连的地板上；所述相连的地板上刻蚀有四个矩形缝隙，所述四个天线单元之间通过 四个矩形缝隙隔开。
[0015] 作为一种优选方案，所述开路缝隙用于产生2. 4GHz的低频谐振频率，其电流路径 长度为2. 4GHz时工作波长的四分之一；所述短路缝隙用于产生5. 5GHz的高频谐振频率，其 电流路径长度为5. 5GHz时工作波长的二分之一。
[0016] 作为一种优选方案，所述介质基板采用FR4介质基板，其介电常数为4. 4,厚度为 0? 8mm〇
[0017] 作为一种优选方案，所述微带馈线采用50Q微带馈线。
[0018] 本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
[0019] 1、本发明的每个天线单元在地板上刻蚀有T形缝隙，并采用微带馈线对地板上的T形缝隙进行差分馈电，微带馈线将T形缝隙分为开路缝隙和短路缝隙，开路缝隙形成低频 谐振模式，短路缝隙形成高频谐振模式，开路缝隙的使用大大减小了天线的尺寸，两个谐振 模式覆盖了WLAN的2. 4/5. 2/5. 8GHz三个工作频段；通过调节T形缝隙的长度和宽度可分 别独立的调整谐振频率和阻抗带宽。
[0020] 2、本发明克服了传统天线的共模抑制，难以与系统集成的问题，采用特殊的差分 馈电结构和缝隙组合可达到很高的共模抑制效果，再将四个天线单元相互正交排列组成 MM0天线，在地板上刻蚀矩形缝隙将天线单元隔开，在不影响天线单元S参数的情况下，还 增加了天线单元之间的隔离度。
[0021] 3、本发明克服了覆盖WLAN三频段天线结构复杂，尺寸大，难以加工的缺点，具有 小型化，结构简单，高共模抑制比，双频段和高隔离度等优点，可以广泛地应用于WLAN系 统。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的天线单元顶层结构示意图。
[0023] 图2为本发明的天线单元底层结构示意图。
[0024] 图3为本发明的天线单元通过电磁仿真的S参数曲线图。
[0025] 图4为本发明的MMO天线顶层结构示意图。
[0026] 图5为本发明的MMO天线底层结构示意图。
[0027] 图6为本发明的MMO天线通过电磁仿真的差模S参数曲线图。
[0028] 图7为本发明的MMO天线通过电磁仿真的共模S参数曲线图。
[0029] 其中，1-微带馈线，2-介质基板，3-T形缝隙，4-第一天线单元，5-第二天线单元， 6-第三天线单元，7-第四天线单元，8-第一矩形缝隙，9-第二矩形缝隙，10-第三矩形缝隙， 11-第四矩形缝隙，Port1-第一馈电端口，Port2-第二馈电端口。
【具体实施方式】
[0030] 实施例1 :
[003 1] 如图1和图2所示，本实施例的天线单元包括地板和微带馈线1，所述地板设置在 介质基板2顶层，且刻蚀有T形缝隙3,所述微带馈线1设置在介质基板2底层；
[0032] 所述微带馈线1呈凹形结构，该凹形结构的两端分别为第一馈电端口Portl和第 二馈电端口P〇rt2,所述第一馈电端口Portl和第二馈电端口Port2位于介质基板底层的 同一边缘处，从图2中可以看出，与传统的差分馈电不同的是，本实施例差分馈电的第一馈 电端口Portl和第二馈电端口Port2是直接相连的，第一馈电端口Portl和第二馈电端口 Port2分别馈入幅度相同、相位相反的差分信号；
[0033] 所述T形缝隙3可以产生两个谐振频率，微带馈线1将T形缝隙3分为开路缝隙 和短路缝隙，其中开路缝隙用于产生2. 4GHz的低频谐振频率，其电流路径为Ll，L1的长度 大概为2. 4GHz的l/4Agag =c//^)，其中Ag是指2. 4GHz时的工作波长；短路缝隙用于 产生5. 5GHz的高频谐振频率，其电流路径为L2+S2,L2+S2的长度大概为5. 5GHz的1/2入g， 其中Xg是指5. 5GHz时的工作波长；两个频段的中心频率可以通过改变L1和L2+S2的长 度而进行独立的调整，阻抗带宽也可以通过改变T形缝隙3的宽度W1和W2独立的调整； 中心频率为2. 4GHz的阻抗带宽为180M(2. 35-2. 56GHz)，中心频率为5. 5GHz阻抗带宽为 800M(5. 1-5. 9GHz)。采用这种差分馈电结构可以达到很高的共模抑制，对于差模信号，第一 馈电端口Portl和第二馈电端口Port2的信号相位相反，会在T形缝隙3的边沿cl、c2产 生电势差，地板上的T形缝隙3就会被电势差激励，信号就会通过强烈的电磁耦合传输到 地板上，所以差模信号可以辐射出去；对于共模信号，第一馈电端口Portl和第二馈电端口 P〇rt2的信号相位相同、幅度相同，不会在T形缝隙3的边沿c1、c2产生电势差，这样T形缝 隙3就不会被激励，共模信号不能耦合到地板上，所以共模信号完全被反射回来，达到共模 信号抑制的效果；本实施例的天线单元通过电磁仿真的S参数曲线如图3所示，其中Slldd 表示天线单元的差模回波损耗，SIP表示天线单元的共模回波损耗。
[0034] 实施例2 :
[0035] 如图4和图5所示，本实施例的MMO天线包括四个天线单元（上述实施例1的 天线单元）和介质基板2,其中介质基板2采用FR4介质基板，其介电常数为4. 4,厚度为 0. 8mm;四个天线单元分别为第一天线单元4、第二天线单元5、第三天线单元6和第四天线 单元7,共有八个馈电端口，四个天线单元的地板相连，并印制在FR4介质基板顶层；四个天 线单元的微带馈线1采用50Q微带馈线，并印制在FR4介质基板底层，利用馈电端口对地 板上的T形缝隙3进行差分馈电；四个天线单元的T形缝隙3相互正交排列在相连的地板 上，相连的地板上还刻蚀有四个矩形缝隙，分别为第一矩形缝隙8、第二矩形缝隙9、第三矩 形缝隙10和第四矩形缝隙11，所述四个天线单元之间通过四个矩形缝隙隔开，在不影响天 线单元S参数的情况下，还增加了天线单元之间的隔离度（所有频带内均高于15dB)。由此 可见，本实施例中用正交排列和矩形缝隙隔断来增加隔离度，几乎不会影响工作带宽，实现 了高隔离度，结构简单，小型化，易加工的设计要求。
[0036] 如上述实施例1所述，本实施例的每个天线单元采用微带馈线1对地板上的T形 缝隙3差分馈电，可产生两个谐振频率，改变L1和L2+S2的长度可调整谐振频率，改变T形 缝隙3的宽度W1和W2可调整阻抗带宽，此种结构差分馈电与垂直的缝隙结合可达到共模 抑制效果，而且MM0天线的四个天线单元的T形缝隙3相互正交方式排列，并用四个矩形 缝隙隔开，可达到高隔离度，同样可抑制共模信号，本实施例的MIM0天线通过电磁仿真的 差模S参数曲线如图6所示，其中S11表示第一天线单元4的差模回波损耗，S21、S31、S41 分别表示第一天线单元4与第二天线单元5、第三天线单元6和第四天线单元7的差模隔离 度；本实施例的MM0天线通过电磁仿真的共模S参数曲线如图7所示，其中S11表示第一 天线单元4的共模回波损耗，S21、S31、S41分别表示第一天线单元4与第二天线单元5、第 三天线单元6和第四天线单元7的共模隔离度。
[0037] 综上所述，本发明采用特殊的差分馈电结构和缝隙组合可达到很高的共模抑制效 果，具有小型化，结构简单，高共模抑制比，双频段和高隔离度等优点，可以广泛地应用于 WLAN系统。
[0038] 以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于 此，例如MM0天线的天线单元数量还可以为两个，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发 明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变， 都属于本发明专利的保护范围。
【主权项】
1. 具有高共模抑制比的差分缝隙MHTO天线，包括介质基板和多个天线单元，其特征在 于：所述每个天线单元包括地板和微带馈线，所述地板设置在介质基板顶层，且刻蚀有T形 缝隙，所述微带馈线设置在介质基板底层，并将T形缝隙分为开路缝隙和短路缝隙；所述多 个天线单元的地板相连，将介质基板顶层覆盖。2. 根据权利要求1所述的具有高共模抑制比的差分缝隙MMO天线，其特征在于：所述 微带馈线呈凹形结构，该凹形结构的两端分别为第一馈电端口和第二馈电端口，所述第一 馈电端口和第二馈电端口位于介质基板底层的同一边缘处。3. 根据权利要求1所述的具有高共模抑制比的差分缝隙MMO天线，其特征在于：所述 相连的地板上刻蚀有矩形缝隙，所述多个天线单元之间通过矩形缝隙隔开。4. 根据权利要求2所述的具有高共模抑制比的差分缝隙MMO天线，其特征在于：所述 天线单元有四个，四个天线单元的T形缝隙相互正交排列在相连的地板上；所述相连的地 板上刻蚀有四个矩形缝隙，所述四个天线单元之间通过四个矩形缝隙隔开。5. 根据权利要求1-4任一项所述的具有高共模抑制比的差分缝隙MMO天线，其特征 在于：所述开路缝隙用于产生2. 4GHz的低频谐振频率，其电流路径长度为2. 4GHz时工作波 长的四分之一；所述短路缝隙用于产生5. 5GHz的高频谐振频率，其电流路径长度为5. 5GHz 时工作波长的二分之一。6. 根据权利要求1-4任一项所述的具有高共模抑制比的差分缝隙MMO天线，其特征在 于：所述介质基板采用FR4介质基板，其介电常数为4. 4,厚度为0. 8mm。7. 根据权利要求1-4任一项所述的具有高共模抑制比的差分缝隙MMO天线，其特征在 于：所述微带馈线采用50 Q微带馈线。
【专利摘要】本发明公开了一种具有高共模抑制比的差分缝隙MIMO天线，包括介质基板和多个天线单元，所述每个天线单元包括地板和微带馈线，所述地板设置在介质基板顶层，且刻蚀有T形缝隙，所述微带馈线设置在介质基板底层，并将T形缝隙分为开路缝隙和短路缝隙；所述多个天线单元的地板相连，将介质基板顶层覆盖。本发明采用特殊的差分馈电结构和缝隙组合可达到很高的共模抑制效果，具有小型化，结构简单，高共模抑制比，双频段和高隔离度等优点，能够满足小型化，低成本，易与加工，易于与差分电路集成的要求，可以广泛地应用于WLAN系统。
【IPC分类】H01Q5/20, H01Q1/38, H01Q5/364
【公开号】CN104882677
【申请号】CN201510270992
【发明人】柳炎炎, 涂治红, 褚庆昕
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月25日