[發明專利]天線元件及MIMO天線裝置

在審

• 申請號: 201110228657.X
• 申請日: 2011-08-10
• 公開（公告）號: CN102931474A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 劉若鵬;徐冠雄;方能輝;李岳峰
• 申請（專利權）人: 深圳光啟高等理工研究院;深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q5/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及通信天線，更具體地說，涉及一種天線元件及包含天線元件MIMO(Multiple-Input?Multiple-Out-put)天線裝置。

背景技術

隨著半導體工藝的高度發展，對當今的電子系統集成度提出了越來越高的要求，器件的小型化成為了整個產業非常關注的技術問題。然而，不同于IC芯片遵循“摩爾定律”的發展，作為電子系統的另外重要組成——射頻模塊，卻面臨著器件小型化的高難度技術挑戰。射頻模塊主要包括了混頻、功放、濾波、射頻信號傳輸、匹配網絡與天線等主要器件。其中，天線作為最終射頻信號的輻射單元和接收器件，其工作特性將直接影響整個電子系統的工作性能。然而天線的尺寸、帶寬、增益等重要指標卻受到了基本物理原理的限制(固定尺寸下的增益極限、帶寬極限等)。這些指標極限的基本原理使得天線的小型化技術難度遠遠超過了其它器件，而由于射頻器件的電磁場分析的復雜性，逼近這些極限值都成為了巨大的技術挑戰。比如，傳統的終端通信天線主要基于電單極子或偶極子的輻射原理進行設計，最常用的平面反F天線(PIFA)。傳統天線的輻射工作頻率直接和天線的尺寸正相關，帶寬和天線的面積正相關，使得天線的設計通常需要半波長的物理長度。

多輸入多輸出系統(MIMO)技術的優點是能夠增加無線范圍并提高性能。所謂的MIMO是指無線網絡訊號通過多重天線進行同步收發，所以可以增加資料傳輸率。多輸入多輸出系統(MIMO)在無線通信、無線數據服務領域的高速發展更進一步苛刻地要求了天線尺寸的小型化并同時保證良好的隔離度、輻射性能以及抗干擾能力。此時的信道容量隨著天線數量的增大而線性增大。也就是說可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，突破傳統天線設計的框架，省去阻抗匹配網絡的復雜設計，保證其小型化，使其能夠應用在尺寸受限的無線通訊裝置之中，且天線輻射面積利用率高、抗干擾能力強。因此，本發明提供一種天線元件及應用該天線元件的MIMO天線裝置。

一種天線元件包括一介質基板和設置于介質基板上的至少兩天線單元；所述天線單元包括一饋電單元、設置于饋電單元兩側的接地單元、與該饋電單元相連接的饋線及一金屬結構，饋線與金屬結構相互電信號耦合連接；所述至少兩天線單元至少使兩不同的通訊頻段的電磁波諧振。

進一步地，所述至少兩天線單元相互獨立設置于介質基板上。

進一步地，所述兩天線單元數量為兩個。

進一步地，所述饋電單元、接地單元、饋線及一金屬結構均采用銅材料制成。

進一步地，所述兩天線單元之間信號隔離度最大設置于介質基板上。

進一步地，所述兩天線單元中的金屬結構相同。

進一步地，所述兩天線單元中的金屬結構為一對互補式的金屬結構。

進一步地，所述介質基板采用介電材料制成。

進一步地，所述接地單元上可設由金屬化的通孔。

一種MIMO天線裝置包括切換單元和MIMO調制解調電路，MIMO調制解調電路通過切換單元接收所述天線元件的電信號和傳送電信號給所述天線元件。

采用人工電磁材料技術設計出相關電磁波諧振響應金屬結構庫，這些結構尺寸相對傳統的天線結構較小，使得天線的物理尺寸不受半波長的物理長度限制；根據應用產品選取阻抗匹配的金屬結構后并通過不斷的篩選、測試及調整，最終來優化篩選適合的金屬結構，使得所選的金屬結構至少使兩種不同波長的電磁波諧振，從而基于上述金屬結構設計相應的天線單元；然后基于MIMO技術提高多天線單元發送或者接收信息吞吐量。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明：

圖1為本發明MIMO天線裝置模塊示意圖；

圖2為圖1所示天線元件一具體實施例的結構示意圖；

圖3為圖1所示天線元件另一具體實施例的結構示意圖；

圖4為圖1所示天線元件第三具體實施例的結構示意圖；

圖5為圖2、3及4所示天線元件中天線單元的一實施方式示意圖；

圖6為圖2、3及4所示天線元件中天線單元的另一實施方式示意圖；

圖7為圖2、3及4所示天線元件中天線單元的第三實施方式示意圖；

圖8為本發明一互補式天線單元結構圖；

圖9為本發明天線元件包含一對互補式天線單元結構圖。

圖10為本發明天線元件包含兩個圖8所示互補式天線單元結構圖。

具體實施方式