CN106532235B - 4×4超宽带mimo天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种4×4超宽带MIMO天线，属于无线通信技术领域，由四个单极子超宽带天线单元、两个矩形网状十字型隔离结构和介质板组成，四个单极子超宽带天线结构相同，并且四个天线分别在介质板四个顶角处，在一条对角线上的两个天线翻转了180度，在一个水平线上的天线翻转了90度，整体相对于介质板中央呈中心对称，而两个矩形网状十字型隔离结构分别位于介质板正反两面中央，相对于介质板上下对称，通过在MIMO天线中引入这种新型网状隔离结构，使天线获得了优良的隔离性能。本发明具有带宽宽，隔离度高，结构简单，易于制作与集成等优点，适用于各类小型移动终端。

Description

4×4超宽带MIMO天线
技术领域
本发明涉及一种4×4超宽带MIMO天线，属于无线通信技术领域。
背景技术
超宽带(UWB)技术是目前备受关注的一种新型短距离高速无线通信技术。自从美国联邦通信委员会将3.1-10.6GHz划分为民用UWB频段以来，工业界和学术界已经在UWB无线电技术领域开展了大量的研究工作。
多输入多输出(MIMO)技术同样也是近年以来宽带无线通信的重要技术之一，该技术在不额外增加频谱资源和天线发射功率的情况下，能够成倍地提高***的信道容量，大大提高了频谱利用率，被视为下一代移动通信的核心技术。将超宽带技术和MIMO天线相结合能够很好地提高***的链路可靠性以及适配能力。与窄带无线通信相比，它能够将多径衰落降到最低，进一步的提高传输速度和质量。
MIMO天线设计的难点在于如何实现在有限的空间里集成多个天线单元，并且获得较高的隔离度。对于目前已有的超宽带MIMO天线设计报道来看，其中大部分设计的带宽都很窄，隔离度也不高，尺寸还比较大，虽然现有很多MIMO天线中都引入了很多各种各样的隔离结构，但大都存在改善隔离的频带过窄或者隔离效果不好等缺点。
本发明提出的一种基于电磁带隙结构的4×4超宽带MIMO天线，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，设计出4×4超宽带MIMO天线。
本发明中的4×4超宽带MIMO天线由以下七部分组成：介质板，四个单极子超宽天线单元，上层矩形网状十字型隔离结构、下层矩形网状十字型隔离结构，其中：
a.介质板为正方形介质板；
b.四个单极子超宽带天线单元结构相同，位于正方形介质板上层的四个顶角处；相邻的两个单极子超宽带天线两两相互垂直；不相邻的两个单极子超宽带天线呈反向平行排列；四个天线在介质板上呈中心对称；
c.四个单极子超宽带天线单元均采用共面波导馈电，馈电微带线垂直于正方形介质板的边缘；
d.每个单极子超宽带天线单元由辐射单元、馈电单元和接地单元组成，其中：辐射单元由第一“阶梯”状微带结构、第二“阶梯”状微带结构、“双孔桥”状微带结构、“月”形微带结构和矩形微带结构构成，且第一“阶梯”状微带结构、第二“阶梯”状微带结构、“双孔桥”状微带结构、“月”形微带结构和矩形微带结构围成一个半开放型槽，半开放型槽由小半圆槽、大半圆槽和矩形槽组成；馈电单元为矩形微带馈线；接地单元由第一“圆弧坡”状微带结构和第二“圆弧坡”状微带结构构成；第一“圆弧坡”状微带结构通过在矩形贴片上分别蚀刻第一个四分之一圆槽、第一个水平方向矩形槽和竖直方向第一个矩形槽得到，第二“圆弧坡”状微带结构通过在矩形贴片上分别蚀刻第二个四分之一圆槽、第二个水平方向矩形槽和竖直方向第二个矩形槽得到，且第一“圆弧坡”状微带结构和第二“圆弧坡”状微带结构尺寸相同，相对于馈电单元左右对称，并与微带馈线形成缝隙，构成共面波导；
e.所述矩形网状十字型隔离结构包括上层矩形网状十字型隔离结构和下层矩形网状十字型隔离结构；其中，上层矩形网状十字型隔离结构、下层矩形网状十字型隔离结构，通过在印刷的十字型微带结构的四个臂上分别蚀刻24个周期性的小矩形槽，以及在该结构的中部蚀刻四个周期性的大矩形槽来实现，形成周期性网孔,每个矩形网状十字型隔离结构均为中心对称结构。
f.上层矩形网状十字型隔离结构(6)、下层矩形网状十字型隔离结构(7)通过在印刷的十字型微带结构的四个臂上分别蚀刻24个周期性的小矩形槽，以及在该结构的中部蚀刻四个周期性的大矩形槽来实现，形成周期性网孔，每个矩形网状十字型隔离结构均为中心对称结构。
将四个天线单元放置于介质板的四个顶角处，能使天线单元间的间距在有限的空间内得到最大化，从而提高天线单元间的隔离度；而将四个单极子超宽带天线单元按照相邻的两个天线单元两两相互垂直，不相邻的两个天线单元呈反向平行排列，且整体呈中心对称方式则使天线形成正交极化，以提高天线单元间的隔离度，并获得分集增益；其技术原理是利用电磁波的正交极化来提高天线单元间的隔离度的。
在介质板正反两面的中央部分分别引入相同的矩形网状十字型隔离结构，能显著改善MIMO天线的隔离性能；其技术原理是利用了该结构的电流耦合作用以及它对电磁波的谐振作用来提高天线单元间的隔离度。
周期性网孔的引入，使本发明的十字型微带结构内部形成了各种LC谐振回路，谐振使得该十字型微带结构具有了表面波频率选择特性，从而能有效改善隔离。而采用双层网状结构，上下两层结构间形成了一个较大的缝隙电容，从而使从天线单元耦合到上层十字型微带结构上的电流能进一步耦合到下层的十字型微带结构；因此，由十字型微带结构向外辐射的电磁信号进一步减少，从而可以进一步提升隔离度。
本发明与现有超宽带MIMO天线相比，具有如下优点：
1.天线尺寸小，结构简单，能很好地满足天线小型化的要求；
2.新设计的矩形网状十字型隔离结构具有结构新颖、尺寸小、加工简单、隔离效果好等优点；
3.天线具有良好的超宽带和隔离性能；
4.制作成本低、精度高、可重复性好，便于批量生产。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为单个单极子超宽带天线单元结构示意图。
图3为本发明中天线有无网状结构的回拨损耗测试对比结果。
图4为本发明中相邻天线单元间有无网状结构的隔离性能测试对比结果。
图5为本发明中相间天线单元间有无网状结构的隔离性能测试对比结果。
图6为在5.5GHz时天线端口1单独激励在XOZ与YOZ平面上的测试方向图。
图7为在5.5GHz时天线端口2单独激励在XOZ与YOZ平面上的测试方向图。
图8为在5.5GHz时天线端口3单独激励在XOZ与YOZ平面上的测试方向图。
图9为在5.5GHz时天线端口4单独激励在XOZ与YOZ平面上的测试方向图。
图10为本发明的天线分集增益。
具体实施方式
由图1所示，本发明中的4×4超宽带MIMO天线由以下7部分组成：介质板1，四个单极子超宽天线单元2-5，上层矩形网状十字型隔离结构6、下层矩形网状十字型隔离结构7，其中：
a.介质板1为正方形介质板；
b.四个单极子超宽带天线单元2-5结构相同，位于正方形介质板1上层的四个顶角处；相邻的两个单极子超宽带天线两两相互垂直；不相邻的两个单极子超宽带天线呈反向平行排列；四个天线在介质板上呈中心对称；
c.四个单极子超宽带天线单元2-5均采用共面波导馈电，馈电微带线垂直于正方形介质1板的边缘；
d.每个单极子超宽带天线单元由辐射单元、馈电单元和接地单元组成，其中：辐射单元由第一“阶梯”状微带结构10、第二“阶梯”状微带结构11、“双孔桥”状微带结构12、“月”形微带结构13和矩形微带结构14构成，且第一“阶梯”状微带结构10、第二“阶梯”状微带结构11、“双孔桥”状微带结构12、“月”形微带结构13和矩形微带结构14围成一个半开放型槽，半开放型槽由小半圆槽18、大半圆槽19和矩形槽20组成；馈电单元为矩形微带馈线；接地单元由第一“圆弧坡”状微带结构16和第二“圆弧坡”状微带结构17构成；第一“圆弧坡”状微带结构16通过在矩形贴片上分别蚀刻第一个四分之一圆槽21、第一个水平方向矩形槽23和竖直方向第一个矩形槽25得到，第二“圆弧坡”状微带结构17通过在矩形贴片上分别蚀刻第二个四分之一圆槽22、第二个水平方向矩形槽24和竖直方向第二个矩形槽26得到，且第一“圆弧坡”状微带结构16和第二“圆弧坡”状微带结构17尺寸相同，相对于馈电单元左右对称，并与微带馈线15形成缝隙，构成共面波导；
e.矩形网状十字型隔离结构6、7包括上层矩形网状十字型隔离结构6和下层矩形网状十字型隔离结构7；其中，上层矩形网状十字型隔离结构6、下层矩形网状十字型隔离结构7，通过在印刷的十字型微带结构的四个臂上分别蚀刻24个周期性的小矩形槽8，以及在该结构的中部蚀刻四个周期性的大矩形槽9来实现，形成周期性网孔,每个矩形网状十字型隔离结构均为中心对称结构。
f.上层矩形网状十字型隔离结构(6)、下层矩形网状十字型隔离结构(7)通过在印刷的十字型微带结构的四个臂上分别蚀刻24个周期性的小矩形槽8，以及在该结构的中部蚀刻四个周期性的大矩形槽9来实现，形成周期性网孔,每个矩形网状十字型隔离结构均为中心对称结构。
本发明中的4×4超宽带MIMO天线，通过引入如上所述的新型网状隔离结构，显著改善了MIMO天线的隔离性能；如上所述的介质板1采用介电常数为4.6和损耗角正切为0.02的FR4介质材料，其尺寸为60mm×60mm×1.6mm；天线回波损耗的测试结果如图2所示，测试结果显示，天线单元2-5的工作带宽(即S11(S22，S33，S44)≤-10dB的频率范围)均为3.05-13.06GHz，很好地覆盖了3.1-10.6的民用UWB频带；图3为本发明中相邻天线单元间隔离性能测试结果，由图可知，在3.05-13.06GHz的整个频段内，相邻天线单元间的隔离度在26.41dB以上，绝大部分频段内其隔离度均大于30dB；图4为本发明中相间天线单元间隔离性能测试结果，由图可知，在3.05-13.06GHz的整个频段内，相间天线单元间隔离度均在25.59dB以上，绝大部分频段内其隔离度均大于30dB；由此可见，该天线具有优良的隔离性能；另外，天线的尺寸只有60mm×60mm×1.6mm，能很好地满足小型化的要求；总之，该天线是一款尺寸小、超宽带和隔离性能优越的超宽带MIMO天线。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种4×4超宽带MIMO天线，其特征在于，包括：介质板(1)，四个单极子超宽带天线单元(2-5)，上层矩形网状十字型隔离结构(6)、下层矩形网状十字型隔离结构(7)，其中：
a.介质板(1)为正方形介质板；
b.四个单极子超宽带天线单元(2-5)结构相同，位于正方形介质板(1)上表面的四个顶角处；相邻的两个单极子超宽带天线两两相互垂直；不相邻的两个单极子超宽带天线呈反向平行排列；四个天线在介质板上呈中心对称；
c.四个单极子超宽带天线单元(2-5)均采用共面波导馈电，馈电微带线垂直于正方形介质板(1)的边缘；
d.每个单极子超宽带天线单元由辐射单元、馈电单元和接地单元组成，其中：辐射单元由第一“阶梯”状微带结构(10)、第二“阶梯”状微带结构(11)、“双孔桥”状微带结构(12)、“月”形微带结构(13)和矩形微带结构(14)构成，且第一“阶梯”状微带结构(10)、第二“阶梯”状微带结构(11)、“双孔桥”状微带结构(12)、“月”形微带结构(13)和矩形微带结构(14)围成一个半开放型槽，半开放型槽由小半圆槽(18)、大半圆槽(19)和矩形槽(20)组成；馈电单元为矩形微带馈线(15)；接地单元由第一“圆弧坡”状微带结构(16)和第二“圆弧坡”状微带结构(17)构成；第一“圆弧坡”状微带结构(16)通过在矩形贴片上分别蚀刻第一个四分之一圆槽(21)、第一个水平方向矩形槽(23)和竖直方向第一个矩形槽(25)得到，第二“圆弧坡”状微带结构(17)通过在矩形贴片上分别蚀刻第二个四分之一圆槽(22)、第二个水平方向矩形槽(24)和竖直方向第二个矩形槽(26)得到，且第一“圆弧坡”状微带结构(16)和第二“圆弧坡”状微带结构(17)尺寸相同，相对于馈电单元左右对称，并与微带馈线(15)形成缝隙，构成共面波导；
e.上层矩形网状十字型隔离结构(6)印刷在介质板(1)的上表面的中央位置，下层矩形网状十字型隔离结构(7)印刷在介质板(1)的下表面的中央位置；上层矩形网状十字型隔离结构(6)和下层矩形网状十字型隔离结构(7)具有相同的结构和尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种4×4超宽带MIMO天线，其特征在于：所述上层矩形网状十字型隔离结构(6)和下层矩形网状十字型隔离结构(7),均是通过在印刷的十字型微带结构的四个臂上分别蚀刻24个周期性的小矩形槽(8)，以及在该结构的中部蚀刻四个周期性的大矩形槽(9)来实现，形成周期性网孔,每个矩形网状十字型隔离结构均为中心对称结构。
3.根据权利要求1所述的4×4超宽带MIMO天线，其特征在于：所述介质板(1)采用介电常数为4.6和损耗角正切为0.02的FR4介质材料，尺寸为60mm×60mm×1.6mm。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106961016B (zh) * 2017-05-08 2023-06-23 江苏亨鑫科技有限公司 一种极化和方向图各异的四单元mimo天线
CN107689484A (zh) * 2017-08-10 2018-02-13 合肥联宝信息技术有限公司 天线、电子设备及提高天线的隔离度的方法
WO2019130771A1 (ja) * 2017-12-28 2019-07-04 株式会社村田製作所 アンテナアレイおよびアンテナモジュール
CN108879079B (zh) * 2018-06-22 2019-08-23 西安交通大学 一种基于电磁吸波体的高隔离度阵列天线
CN109638440B (zh) * 2018-12-19 2020-05-12 电子科技大学 一种基于超材料的5g通信小型化宽频带mimo天线
CN111082231A (zh) * 2019-10-14 2020-04-28 佛山科新锘通讯有限公司 一种mimo全向天线
CN110739542A (zh) * 2019-10-14 2020-01-31 佛山科新锘通讯有限公司 一种宽频高隔离度的天线
KR102273378B1 (ko) * 2019-12-17 2021-07-06 국방기술품질원 전자기 밴드갭 구조물
CN114696081B (zh) * 2022-04-08 2023-10-10 苏州迈斯维通信技术有限公司 多阶谐振高隔离度宽带腔体阵列天线***
CN116154478B (zh) * 2023-04-19 2023-06-20 湖南大学 小型化mimo天线

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104157982A (zh) * 2014-07-07 2014-11-19 华东交通大学 一种基于ebg结构的双极化mimo天线
CN104953273A (zh) * 2015-07-17 2015-09-30 云南大学 一种小型化共面波导馈电超宽带天线
CN105633574A (zh) * 2016-01-12 2016-06-01 张晓燕 一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10122074B2 (en) * 2014-11-19 2018-11-06 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Antenna device using EBG structure, wireless communication device, and radar device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104157982A (zh) * 2014-07-07 2014-11-19 华东交通大学 一种基于ebg结构的双极化mimo天线
CN104953273A (zh) * 2015-07-17 2015-09-30 云南大学 一种小型化共面波导馈电超宽带天线
CN105633574A (zh) * 2016-01-12 2016-06-01 张晓燕 一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Compact UWB MIMO Antenna With Reflector to Enhance Isolation;T. K. Roshna, U. Deepak, V. R. Sajitha, K. Vasudevan, and;《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》;20150130;第63卷(第4期);1873-1877

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