[发明专利]支持双频的贴片射频天线单元及相应的射频天线系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线电技术领域，特别涉及天线技术领域，具体是指支持双频的贴片射频天线单元及相应的射频天线系统。

背景技术

目前对于MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多入多出)通信技术大致可分为MIMO算法开发、MIMO无线建模以及多天线设计三个主要方面。

多天线发出的信号在无线信道中经散射传播而混合在一起，再经收端多天线接收后，系统通过空时处理算法分离并恢复出发射数据，其性能取决于各天线单元接收信号的独立程度，即相关性，而多天线间的相关性与散射传播及天线特性密切相关。同时，多天线之间由互耦而引起的相互干扰一般很难用基带算法和信号处理技术来解决。因此，实现MIMO系统的高性能除依赖于多径传播的丰富度外，还依赖于多天线单元的合理设计。对于空间域而言，实验表明，由于散射传播环境不同，提供空间低相关的衰落信号所需要的天线单元间距也不一样。比如，偏远地区的宏小区环境可能需要若干个波长间隔才能获得天线解相关，而丰富散射的室内环境可能只需半个波长间距。对于极化域而言，交叉极化耦合度决定了能否提供极化分集，或能否提供近似正交的并行信道。因此，MIMO多天线的设计是与传播环境和天线的安装位置紧密相关的。

近年来国内外针对MIMO天线设计做了一些研究，主要有以下相关技术内容：

【1】Azremi A.A.H.，Kyro，M.，Ilvonen，J.Five-element inverted-F antenna array for MIMO communications and radio direction finding on mobile terminal 2009 Loughborough Antennas &Propagation Conference，2009，557-560。

【2】Saou-Wen Su，Jui-Hung Chou.Internal Wideband Monopole Antenna for MIMO Access-point Applications.2008 Antennas and Propagation Society International Symposium.2008，1-4。

【3】Chi-Yuk Chiu，Jie-Bang Yan，Murch R.D.Compact Three-Port Orthogonally Polarized MIMO Antennas.IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters.2007，(6)：619-622

【4】Sarrazin J.，Mahe Y.，Avrillon S.Investigation on Cavity/Slot Antennas for Diversityand MIMO Systems：The Example of a Three-Port Antenna.IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters.2008，(7)：414-417。

在空间分集与角度分集天线阵设计方面，文献【1】用五个标准的IFA天线组成一个MIMO阵，为了降低天线元之间的互耦，其将五个天线元分为三组，分别放置在地板的三个边沿上，尽量加大天线元距离以达到解相关的目的。同时，同边的两个IFA天线采用“背靠背”的形式放置(两者的短路臂相邻，辐射臂开口反向)。这种“背靠背”的放置方式一定程度上带来了角度分集。文献【2】将这种“背靠背”的放置形式进行了一定的改进，其将3个天线元放置在一个圆形面上，三个天线元之间的夹角均为120°，三个天线的短路臂均朝向圆心处，从而形成一定程度上的角度分集，各天线元之间的互耦均小于-20dB。整体上来看，同时采用空间分集与角度分集可以获得更加良好的解相关性能并获得更加良好的分集增益，在近年的MIMO设计中被广泛应用。但此类方法最大的问题在于MIMO天线体积通常较大，不利于产品整体设计。

考虑到体积因素，目前国内外研究者在MIMO天线设计引入了多极天线。文献【3】【4】设计了一系列三维的多极化天线，他们都以线极化辐射元作为基础，然后将多个完全一样的辐射源进行巧妙的三维正交排列放置，从而实现多极化分集。其中文献【3】在实现极化分集的同时融入角度分集设计，从而使得各辐射元之间的互耦更低。然而这种三维结构的多极化天线十分难以安装，在实际工程中应用价值不大。