CN106961016A - 一种极化和方向图各异的四单元mimo天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极化和方向图各异的四单元MIMO天线，包括介质基板、印刷在介质基板背面的地板、印刷在介质基板正面的MIMO天线及隔离条；所述MIMO天线由四个相同的天线单元90度中心旋转排布而成；所述隔离条垂直立于介质基板的上方，且所述隔离条的中心与MIMO天线的中心重合。本发明的MIMO天线由四个相同的天线单元90度中心旋转排布而成，采用加载贴片短路金属柱的方法，使天线相对于传统的二分之一波长贴片天线面积减小一半，结构紧凑；使用微带印刷技术，天线集成程度更高，重量更轻，成本更低，加工周期更短；通过使用垂直的隔离条，降低了天线端口之间的相关系数，和其他去耦合技术比起来，在保证高的隔离效果的基础上，结构更紧凑。

Description

一种极化和方向图各异的四单元MIMO天线

技术领域

本发明涉及微波毫米波无源器件技术领域，尤其涉及一种极化和方向图各异的四单元MIMO天线。

背景技术

随着现代通信***的快速发展，人们对设备之间的数据传输速率要求越来越高，同时，为了适应微波毫米波电路的商业化要求，通信设备还必须具有小型化、轻量化、低成本的特点。而多频带小型化MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put，多通道通信技术)天线正是在这种形势下产生的一种结构紧凑、成本低的天线。MIMO天线可以通过使用多天线技术增加信道容量，从而有效地增加***的数据传输速率。

然而，对通信设备小型化的要求，给天线设计留出的空间非常有限。将多个天线近距离地放置在一起可以有效地减小整个天线***的尺寸，但是，有限空间内天线之间的互耦很强，各天线之间具有很高的相关系数，从而使MIMO天线的分集性能急剧恶化。现有的小型化多天线设计中去耦合技术有很多种，比如利用缺陷地结构、引入电磁带隙结构、去耦合匹配网络、利用蘑菇云结构等，但是这些技术都有一定的缺陷，比如缺陷地会破坏地板结构，限制了天线的适用范围，后面三种方法都会使天线的占用空间增大，不适用于小型化设计。此外，这些技术多是针对两个天线去耦合设计，对于多个天线或者多个频段的去耦合问题，实际实施起来变得更加复杂。因此，高隔离度的小型化MIMO天线设计中还有很多亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明旨在提供一种极化和方向图各异的四单元MIMO天线，以克服现有MIMO天线设计隔离度低，重量重、体积大、加工成本高、不易集成的缺点。

为此，本发明提供一种极化和方向图各异的四单元MIMO天线，包括介质基板、印刷在介质基板背面的地板、印刷在介质基板正面的MIMO天线及隔离条；所述MIMO天线由四个相同的天线单元90度中心旋转排布而成；所述隔离条垂直立于介质基板的上方，且所述隔离条的中心与MIMO天线的中心重合。

进一步地，每一所述天线单元结构均由馈电微带线、对称匹配槽、辐射金属贴片、加载L型缝隙及贴片短路金属柱组成；馈电微带线从侧面插设于辐射金属贴片中形成对称匹配槽；贴片短路金属柱位于对称匹配槽的两侧；加载L型缝隙位于辐射金属贴片上，一边靠近贴片短路金属柱，与馈电微带线平行，另一边远离贴片短路金属柱，与馈电微带线垂直。

进一步地，所述隔离条由十字形金属条、印刷在介质基板表面的十字形金属微带线及短路金属化通孔组成；十字形金属条通过十字形金属微带线以及短路金属化通孔与地板相连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、结构紧凑，其MIMO天线由四个相同的天线单元90度中心旋转排布而成，采用加载贴片短路金属柱的方法，使天线相对于传统的二分之一波长贴片天线面积减小一半；

2、使用微带印刷技术，天线集成程度更高，重量更轻，成本更低，加工周期更短；

3、通过使用垂直的隔离条，降低了天线端口之间的相关系数，和其他去耦合技术比起来，在保证高的隔离效果的基础上，结构更紧凑；

4、采用加载L型缝隙方法，使原本小型化天线额外增加了一个工作频段，从而具有双频段特性，并且在两个频段内都可以同时保证好的工作性能，通过调整匹配槽的长度，可以使两个频段同时达到较好的匹配状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述一种极化和方向图各异的四单元MIMO天线的结构示意图，其中：

介质基板1、地板2、MIMO天线3、隔离条4；

馈电微带线31、对称匹配槽32、辐射金属贴片33、加载L型缝隙34、贴片短路金属柱35；

十字形金属条41、十字形金属微带线42、短路金属化通孔43。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，本实施例提供一种极化和方向图各异的四单元MIMO天线，包括介质基板1、印刷在介质基板1背面的地板2、印刷在介质基板1正面的MIMO天线3及隔离条4；所述MIMO天线3由四个相同的天线单元90度旋转排布而成；所述隔离条4垂直立于介质基板1的上方，其中心与MIMO天线3的中心重合。

每一所述天线单元结构均由馈电微带线31、对称匹配槽32、辐射金属贴片33、加载L型缝隙34及贴片短路金属柱35组成，加载L型缝隙34靠近MIMO天线3的最外边缘和十字形金属条43，L型缝隙34的长度可以根据所需频率进行改变。

馈电微带线31从侧面插设于辐射金属贴片33中形成对称匹配槽32；贴片短路金属柱35位于对称匹配槽32的两侧；加载L型缝隙34位于辐射金属贴片33上，一边靠近贴片短路金属柱35，与馈电微带线31平行，另一边远离贴片短路金属柱35，与馈电微带线31垂直。

隔离条4由十字形金属条41、印刷在介质基板1表面的十字形金属微带线42及短路金属化通孔43组成；十字形金属条41通过十字形金属微带线42以及短路金属化通孔43与地板2相连接。

其工作原理为：MIMO天线3由四个相同的天线单元90度旋转排布而成，实现了0度、90度、180度和270度四个方向的线极化；通过加载贴片短路金属柱35，使天线尺寸相比于传统半波长贴片天线减小了一半，从而达到小型化的目的；通过在天线单元上加载L型缝隙34使天线具有双频带特性，两个频带的阻抗匹配通过调整对称匹配槽32的长度可以同时达到匹配；隔离条4中，十字形金属条41通过十字形金属微带线42以及短路金属化通孔43与地板2相连接，通过隔离条4的反射作用有效地降低了两个频带内的端口隔离度，同时，使方向图最大辐射方向与基板平面的法向方向具有30度的偏离。

为进一步说明上述技术方案的可实施性，下面给出一个具体设计实例，一种极化和方向图各异的四单元MIMO天线，整个MIMO天线***的尺寸为：36mm×36mm×4mm，印刷天线的介质基板采用厚度为1.96mm的F4B，相对介电常数为2.55，损耗角正切为0.002。单个天线单元的辐射片尺寸为12mm×12mm，馈线总长度为9.7mm，L型加载缝隙总长度为18.5mm，贴片边缘距离为2mm，隔离条中，由印刷在基板两面的金属带代替十字形金属条，十字形基板采用厚度为0.8mm的F4B，隔离条高度为2mm，长26mm。测试结果表明，天线的两个工作频带为：3.471GHz-3.529GHz和5.678GHz-5.721GHz，峰值增益范围为2.65dBi-2.85dBi，低频带内峰值效率为63％，高频带内峰值效率为65％；低频带内隔离度大于18.4dB，高频带内隔离度大于22.7dB。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种极化和方向图各异的四单元MIMO天线，其特征在于，包括介质基板、印刷在介质基板背面的地板、印刷在介质基板正面的MIMO天线及隔离条；所述MIMO天线由四个相同的天线单元90度中心旋转排布而成；所述隔离条垂直立于介质基板的上方，且所述隔离条的中心与MIMO天线的中心重合。

2.根据权利要求1所述的一种极化和方向图各异的四单元MIMO天线，其特征在于，每一所述天线单元结构均由馈电微带线、对称匹配槽、辐射金属贴片、加载L型缝隙及贴片短路金属柱组成；馈电微带线从侧面插设于辐射金属贴片中形成对称匹配槽；贴片短路金属柱位于对称匹配槽的两侧；加载L型缝隙位于辐射金属贴片上，一边靠近贴片短路金属柱，与馈电微带线平行，另一边远离贴片短路金属柱，与馈电微带线垂直。

3.根据权利要求1所述的一种极化和方向图各异的四单元MIMO天线，其特征在于，所述隔离条由十字形金属条、印刷在介质基板表面的十字形金属微带线及短路金属化通孔组成；十字形金属条通过十字形金属微带线以及短路金属化通孔与地板相连接。