阅读说明：本技术 一种应用于4g-mimo智能眼镜的双环天线 (Be applied to dicyclo antenna of 4G-MIMO intelligent glasses ) 是由 王艳艳 班永灵 赵星影 公晓庆 李肖飞 王冰 于 2019-08-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于可穿戴天线技术领域,具体涉及一种应用于4G-MIMO智能眼镜的双环天线,该天线充分利用了眼镜的形状,将环天线印刷在眼镜框上,并且根据眼镜的对称性能,形成MIMO天线结构；本发明通过加载匹配电路的实现GSM850/900、GSM1800/1900、UMTS2100和LTE2300/2500等频段的覆盖；更进一步的,本发明通过加载一个去耦的寄生元有效减小两个天线之间的近场耦合,使得两个天线在低频段的最小隔离也达到了-15dB以下；并且,去耦寄生元的引入对天线本身的自阻抗影响也很小,带宽仍然能够覆盖4G的两个频段824-960MHz和1710-2690MHz。由此可见,本发明双环天线不仅符合智能眼镜的应用,并且满足去耦的要求。(the invention belongs to the technical field of wearable antennas, and particularly relates to a double-loop antenna applied to 4G-MIMO intelligent glasses, which fully utilizes the shape of the glasses, prints the loop antenna on a glasses frame, and forms an MIMO antenna structure according to the symmetry performance of the glasses; the invention realizes the coverage of frequency bands such as GSM850/900, GSM1800/1900, UMTS2100, LTE2300/2500 and the like by loading a matching circuit; furthermore, the invention effectively reduces the near-field coupling between the two antennas by loading a decoupling parasitic element, so that the minimum isolation of the two antennas at a low frequency band is also less than-15 dB; moreover, the influence of the introduction of the decoupling parasitic element on the self-impedance of the antenna is small, and the bandwidth can still cover the two frequency bands 824-960MHz and 1710-2690MHz of 4G. Therefore, the double-loop antenna not only meets the application of the intelligent glasses, but also meets the decoupling requirement.)

一种应用于4G-MIMO智能眼镜的双环天线

技术领域

本发明属于可穿戴天线技术领域，具体涉及一种应用于4G-MIMO智能眼镜的双环天线。

背景技术

近年来，多输入多输出MIMO技术被提出了，它可以有效提高无线通信系统的性能，利用多路径的特点提高系统的信道容量和通信质量；而在这项技术中，天线的设计扮演了一个非常重要的角色，因为它是发射机和接收机之间的通信传输工具。而为了获得MIMO系统的性能，发射机和接收机上的天线应该是不相关的；理论上来讲，当两个天线的距离达到天线的半个波长以上，天线之间才不会互相影响，但是这对于小型化的智能设备是不可能实现的；因此，使用去耦技术来减小耦合就很有必要了。

在设计MIMO天线的过程中有两个难点，一个是对于简单的天线结构来说带宽较窄，很难覆盖多频段，一般通过增加寄生枝节来产生额外的谐振，进而获得宽频带覆盖；而对于智能眼镜天线来说，结构和形式都是固定的，增加寄生枝节的方案也是很有限的，因此可以通过匹配电路加载的方法来调节天线的谐振频率，进而能够达到所需要的频段要求。

MIMO天线的另一个技术难题就是天线之间存在互耦，减少天线之间的耦合的方法可以分为外部去耦和内部去耦。外部去耦包括寄生元去耦，匹配电路去耦，地板印刷缝去耦，使用中和线去耦，这些方法都是在天线结构之外增加的去耦结构；其中，增加匹配电路来减小耦合的方法获得的天线带宽较窄，另外，大多数的匹配电路都类似于滤波器结构，所以通过参照多模滤波器理论可以实现多模去耦，但是，如果去耦模式数量增多，设计就会变得很困难，因为滤波器相对应的矩阵就会变得很复杂；地板印刷缝去耦实际上是对于共用地板的天线元来说的，它是通过缝隙来减小两个天线元之间地板电流的流动，进而减小耦合；中和线的设计没有一个标准的准则，很难实现宽带互耦的减小。内部去耦包括奇偶模去耦，镜像天线元去耦，特征模理论去耦，多极化去耦；特征模对于1GHz以下的频段可以获得好的隔离，但是很困难去控制多特征模的频率，因为灵活地修改辐射器是很有限的；另外，对于共用地板的天线，还有缺陷地去耦的方法，但是这种结构对于移动终端来说体积太大了。

而对于应用于4G-MIMO智能眼镜的双环天线来说，两个简单的环天线通过匹配电路来实现频段的覆盖；由于两个天线没有共用地板结构，因此缺陷地和地板开缝两个去耦的方法都不能实现互耦的减小；并且，由于眼镜的形式单一，结构固定，匹配电路去耦方案的所需设计空间也受到很大的限制。

发明内容

本发明的目的在于应用于4G-MIMO智能眼镜的双环天线的设计难点，提供一种应用于4G-MIMO智能眼镜的双环天线，在4G-MIMO智能眼镜框上实现GSM850/900、GSM1800/1900、UMTS2100和LTE2300/2500等频段的覆盖，并且有效减小两个天线之间的耦合，大大改善天线的性能参数。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种应用于4G-MIMO智能眼镜的双环天线，所述双环天线呈左右对称结构，包括：眼镜框介质基板1，与眼镜框介质基板1垂直连接的眼镜腿介质基板2，设置于眼镜框介质基板1的正面的金属环3，设置于眼镜腿介质基板2的外侧的金属地板4，以及微带馈线5、接地短路线6、匹配电路7；其特征在于，所述金属环3采用开口金属环、且开口位置正对眼镜框介质基板1与眼镜腿介质基板2的连接处；所述开口金属环的上开口端通过接地短路线6与金属地板相连，下开口端通过微带馈线5与金属地板4相连、且微带馈线5与金属地板4连接处作为馈电端口、实现馈电；其特征在于，所述微带馈线上设置有匹配电路，所述匹配电路包括电容C_H1、电容C_H2、电感L_H1、电感L_L2、电感L_L1及电容C_L1；其中，所述电容C_H2一端与金属环3相连、另一端依次串联电容C_H1、电感L_L2、电感L_L1，所述电感L_L1的另一端与馈电端口相连；所述电容C_L1一端与电感L_L1、电感L_L2相连，另一端接地；所述电感L_H1一端与电容C_H1、电容C_H1相连，另一端接地。

进一步的，所述双环天线还包括去耦寄生元8，所述去耦寄生元8沿眼镜框介质基板上边缘设置，且与金属环3保持均匀间隙。

更进一步的，所述金属环的宽度为2mm。

所述去耦寄生元的宽度为1mm、长度为200mm，所述金属环与去耦寄生元之间的间隙为1mm。

所述微带馈线5由50欧姆射频线组成。

本发明的有益效果在于：

本发明所述的应用于4G MIMO智能眼镜的双环天线充分利用了眼镜的形状，将环天线印刷在眼镜框上，并且根据眼镜的对称性能，形成MIMO天线结构；本发明通过匹配电路的加载，同时能够覆盖4G的高低频段，同时，环天线上没有设置断点，符合全金属边框设计的美观和强韧性。进一步的，由于两个环天线之间存在近场耦合，本发明结合眼镜的形状，在两个环天线的上边沿加载一个去耦的寄生元，寄生元的宽度为1mm、长度为200mm、寄生元与环天线的间距为1mm；并且，去耦元匹配眼镜的形状，中间部分向下凹陷，凹陷程度为10mm。本发明中，在没加去耦寄生元之前，智能眼镜天线能够覆盖4G的两个频段824-960MHz和1710-2690MHz，但是两个天线之间的互耦在低频段824-960MHz达到-8dB左右；而增加的去耦寄生元相当于一个偶极子在0.86GHz处发生谐振，使两个天线的S12的幅度在0.86GHz处产生一个耦合零点，为-35dB左右，而在低频段的最小隔离也达到了-15dB以下；并且，去耦寄生元的引入对天线本身的自阻抗影响也很小，带宽仍然能够覆盖4G的两个频段824-960MHz和1710-2690MHz。

附图说明

图1是本发明实施例1所述应用于4G MIMO智能眼镜的双环天线的结构示意图；

图2是本发明实施例2所述加载去耦寄生元的应用于4G MIMO智能眼镜的双环天线的结构示意图；

图3是本发明加载的匹配电路的抽象电路原理图，包括高通匹配电路和低通匹配电路；

图4是实施例1所述应用于4G MIMO智能眼镜的双环天线的测试和仿真回波损耗图；

图5是实施例2所述加载去耦寄生元的应用于4G MIMO智能眼镜的双环天线的测试和仿真回波损耗图；

其中：1为眼镜框介质基板、2为眼镜腿介质基板、3为金属环、4为金属地板、5为微带馈线、6为接地短路线、7为匹配电路，8为去耦寄生元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例提供一种应用于4G-MIMO智能眼镜的双环天线，其结构如图1所示，所述双环天线形成左右两个对称的双天线结构，两个天线中间通过眼镜框介质基板相连接；具体包括：眼镜框介质基板1，与眼镜框介质基板1垂直连接的眼镜腿介质基板2，设置于眼镜框介质基板1的正面的金属环3，设置于眼镜腿介质基板2的外侧的金属地板4，以及微带馈线5、接地短路线6、匹配电路7；其中，金属环3采用开口金属环、且开口位置正对眼镜框介质基板1与眼镜腿介质基板2的连接处；所述开口金属环的上开口端通过接地短路线6与金属地板相连，下开口端通过微带馈线5与金属地板4相连、且微带馈线5与金属地板4连接处作为馈电端口、实现馈电；所述微带馈线5上设置有匹配电路7，所述匹配电路7包括电容C_H1、电容C_H2、电感L_H1、电感L_L2、电感L_L1及电容C_L1，其中，所述电容C_H2一端与金属环3相连、另一端依次串联电容C_H1、电感L_L2、电感L_L1，所述电感L_L1的另一端与馈电端口相连，所述电容C_L1一端与电感L_L1、电感L_L2相连、另一端接地，所述电感L_H1一端与电容C_H1、电容C_H1相连、另一端接地。

本实施例中，高通匹配电路C_H1＝0.9pF，C_H2＝0.5Pf，L_H1＝16nH，其用来调节低频段谐振及匹配；低通匹配电路L_L1＝0.5nH，L_L2＝3.5nH，C_L1＝0.35pF，其用来调节高频段谐振及匹配，如图3所示；所述匹配电路7用于调节天线的匹配及谐振频率，来覆盖GSM850/900、GSM1800/1900、UMTS2100和LTE2300/2500等频段。

进一步的，本实施例中，天线为左右对称结构，故所述眼镜腿的介质基板2、所述金属环3、所述金属地板4、所述微带馈线5、所述接地短路线6、所述匹配电路7数量都是两个。所述微带馈线5由50欧姆射频线组成。

对上述双环天线进行仿真测试，在匹配电路7的作用下，GSM850/900、GSM1800/1900、UMTS2100和LTE2300/2500等频段的回波损耗都低于-6dB；经过测试验证，该实例在匹配电路7的协助下可以达到824-960MHz和1710-2690MHz这七个通讯频段的带宽覆盖，其测试和仿真回波损耗图结果如图4所示，而且该天线没有设置断点，不需要额外的寄生枝节来调整匹配，符合智能眼镜的应用。

实施例2

本实施例提供一种加载去耦寄生元的应用于4G MIMO智能眼镜的双环天线，其结构如图2所示，其与实施例1的区别在于，所述双环天线还包括去耦寄生元8，所述去耦寄生元8沿眼镜框介质基板上边缘设置，且与金属环3保持均匀缝隙。

进一步的，所述金属环的宽度为2mm。所述去耦寄生元的宽度为1mm，长度为200mm。所述去耦寄生元与金属环天线之间的缝隙为1mm。另外，为了达到高隔离度的要求，且为了满足智能眼镜天线的美观性，去耦寄生元的中间部分沿眼镜框边缘存在向下凹陷，凹陷程度为10mm。

本实施例中，金属环3天线产生环的基模，该模式在高通匹配电路的协助下覆盖4G的低频段的带宽；金属环3产生的高次模在低通匹配电路的帮助下能够覆盖GSM1800/1900、U MTS2100等高频段；但是，由于两个金属环天线之间的间距较近，在低频段的耦合达到-8dB左右，很难满足通信需要，因此加载的去耦寄生元8能够有效的减少两个天线的互耦，去耦寄生元8的长度约为200mm，以偶极子的1/2λ模式工作在0.86GHz左右，使两个天线在0.86GHz处的S12存在一个耦合零点，该耦合零点下降到约-35dB左右，在整个4G低频段的最大耦合也低于-15dB。同时，去耦寄生元的加入，对天线本身的自阻抗的影响也很小，仍然能够覆盖4G的高低频段。

经过仿真验证，本实施例中加载去耦寄生元的应用于4G-MIMO智能眼镜的双环天线不仅能够覆盖GSM850/900、GSM1800/1900、UMTS2100和LTE2300/2500等频段，而且在去耦寄生元的加载下，两个天线元之间的耦合也达到通信的标准，其仿真回波损耗图结果如图5所示；该仿真结果表明本发明适合智能眼镜天线应用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。