[实用新型]天线元件及MIMO天线装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及通信天线，更具体地说，涉及一种天线元件及包含天线元件MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)天线装置。

背景技术

随着半导体工艺的高度发展，对当今的电子系统集成度提出了越来越高的要求，器件的小型化成为了整个产业非常关注的技术问题。然而，不同于IC芯片遵循“摩尔定律”的发展，作为电子系统的另外重要组成——射频模块，却面临着器件小型化的高难度技术挑战。射频模块主要包括了混频、功放、滤波、射频信号传输、匹配网络与天线等主要器件。其中，天线作为最终射频信号的辐射单元和接收器件，其工作特性将直接影响整个电子系统的工作性能。然而天线的尺寸、带宽、增益等重要指标却受到了基本物理原理的限制(固定尺寸下的增益极限、带宽极限等)。这些指标极限的基本原理使得天线的小型化技术难度远远超过了其它器件，而由于射频器件的电磁场分析的复杂性，逼近这些极限值都成为了巨大的技术挑战。比如，传统的终端通信天线主要基于电单极子或偶极子的辐射原理进行设计，最常用的平面反F天线(PIFA)。传统天线的辐射工作频率直接和天线的尺寸正相关，带宽和天线的面积正相关，使得天线的设计通常需要半波长的物理长度。

多输入多输出系统(MIMO)技术的优点是能够增加无线范围并提高性能。所谓的MIMO是指无线网络讯号通过多重天线进行同步收发，所以可以增加资料传输率。多输入多输出系统(MIMO)在无线通信、无线数据服务领域的高速发展更进一步苛刻地要求了天线尺寸的小型化并同时保证良好的隔离度、辐射性能以及抗干扰能力。此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，突破传统天线设计的框架，省去阻抗匹配网络的复杂设计，保证其小型化，使其能够应用在尺寸受限的无线通讯装置之中，且天线辐射面积利用率高、抗干扰能力强。因此，本实用新型提供一种天线元件及应用该天线元件的MIMO天线装置。

一种天线元件包括一介质基板和设置于介质基板上的至少两天线单元；所述天线单元包括一馈电单元、设置于馈电单元两侧的接地单元、与该馈电单元相连接的馈线及一金属结构，馈线与金属结构相互电信号耦合连接；所述至少两天线单元至少使两不同的通讯频段的电磁波谐振。

进一步地，所述至少两天线单元相互独立设置于介质基板上。

进一步地，所述两天线单元数量为两个。

进一步地，所述馈电单元、接地单元、馈线及一金属结构均采用铜材料制成。

进一步地，所述两天线单元之间信号隔离度最大设置于介质基板上。

进一步地，所述两天线单元中的金属结构相同。

进一步地，所述两天线单元中的金属结构为一对互补式的金属结构。

进一步地，所述介质基板采用介电材料制成。

进一步地，所述接地单元上可设由金属化的通孔。

一种MIMO天线装置包括切换单元和MIMO调制解调电路，MIMO调制解调电路通过切换单元接收所述天线元件的电信号和传送电信号给所述天线元件。

采用人工电磁材料技术设计出相关电磁波谐振响应金属结构库，这些结构尺寸相对传统的天线结构较小，使得天线的物理尺寸不受半波长的物理长度限制；根据应用产品选取阻抗匹配的金属结构后并通过不断的筛选、测试及调整，最终来优化筛选适合的金属结构，使得所选的金属结构至少使两种不同波长的电磁波谐振，从而基于上述金属结构设计相应的天线单元；然后基于MIMO技术提高多天线单元发送或者接收信息吞吐量。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型MIMO天线装置模块示意图；

图2为图1所示天线元件一具体实施例的结构示意图；

图3为图1所示天线元件另一具体实施例的结构示意图；

图4为图1所示天线元件第三具体实施例的结构示意图；

图5为图2、3及4所示天线元件中天线单元的一实施方式示意图；

图6为图2、3及4所示天线元件中天线单元的另一实施方式示意图；

图7为图2、3及4所示天线元件中天线单元的第三实施方式示意图；

图8为本实用新型一互补式天线单元结构图；

图9为本实用新型天线元件包含一对互补式天线单元结构图。