CN108808231A - 一种双极化平面超宽带mimo天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极化平面超宽带MIMO天线，属于天线技术领域。本发明所述天线采用旋转对称的方式排列四个平面单极子天线单元，通过在单元地板间引入枝节以提高隔离度并实现所有单元共地。本发明通过对地板枝节的优化和对地板形状的加槽、延展、圆滑处理使得天线在具有良好匹配的同时仍然具有高的隔离度。本发明所提出的MIMO天线形式具有可扩展的特点。本发明以提出的MIMO天线为单元分别进行一维和二维的拓展，扩展形成的双极化MIMO天线仍然保持较高的隔离度和良好的匹配特性。

Description

一种双极化平面超宽带MIMO天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种可应用于大规模MIMO通信的双极化平面超宽带MIMO天线。
背景技术
多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)技术可以利用多径环境获得分集增益和复用增益，进而大幅度增加通信信道容量，提高数据传送速率。而近年来提出的大规模MIMO，通过显著增加基站侧配置天线的个数,以深度挖掘无线空间维度资源,显著提升频谱效率和功率效率。
大规模MIMO天线阵列在MIMO技术的基础上，基于多用户波束成形的原理，在基站端布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十条信号。这种对空间资源的充分挖掘，可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源，并且成几十倍地提升网络容量。
另外，超宽带技术(UWB)是一种无载波通信技术，利用ns至μs级的非正弦波窄脉冲传输数据。由傅里叶变换可知，时域持续时间短的波，在频域上会占据非常宽的频带。由香农定理，带宽和信道容量成正比。因此，超宽带技术通过在较宽的频谱(3.1-10.6GHz)上传送极低功率(-41.3dBm/MHz)的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。可以看出，以上技术均可以有效的增加信道容量，改善无线通信传输质量，因此，将其结合可能是一种高效的方法。
为了获得较高的传输速率和频谱利用率，大量多单元天线被提出。以期实现天线较好的隔离特性，多单元往往采用平行极化和正交极化相结合的排布方式；同时，在地板上增加枝节或者槽也是一种常用的技术手段，因为它还可以在一定程度上增加带宽。
文献“A compact printed 4×4MIMO-UWB antenna with WLAN band rejection”提出了一种在WLAN频段具有阻带的4×4的MIMO-UWB天线。天线结构如图1所示。天线的四个辐射单元均为圆形平面单极子天线，其地板均印刷在介质基板背面。为了获得较好的匹配效果，地板做成了渐变结构。在单极子馈线两端，各增加了一个方形的电磁禁带(EBG)结构，这样可以使得天线在WLAN频段形成阻带。四单元天线的隔离度增加主要依靠两方面：第一是天线单元采用两两正交的方式排布，利用了正交极化的两单元可以获得极低相互影响的性能；第二是采用类似微带多模谐振器的原理，在贴片层采用多个短截线，可以使得工作频段内的电流在短截线处聚集，进而降低互耦。该天线在2.85-11.22GHz频段内有15dB以上的隔离度，且通带内反射系数小于-10dB。然而此天线在水平面60×60mm2的尺寸下，最低频点为2.85GHz，尺寸偏大。此外，此结构四个单元的地板并没有连接起来，也就是天线没有公共地，并不适合于MIMO工作。且天线各端口的馈电方式也不便于进一步扩展为大规模MIMO。
文献“A printed 16ports massive MIMO antenna system with directiveport beams”提出了一种用于大规模MIMO的16端口天线。天线结构如图2所示。此天线包含三层，主要由两个介质基板构成，介质基板为相对介电常数为4.1的FR4。天线顶层为矩形贴片单元，中间层为地板，下层为馈电网络。天线工作在3.6GHz，为了获得此频段的低反射系数，馈电网络首先采用四分之一波长变换器，可以使得3.6GHz频段内反射系数维持在很低的水平，同时，为了获得天线端口间高的隔离度，设计微带线长度，使得不同单元间有迥异的方向图。通过这样方法设计的天线，可扩展性强，可以在3.6GHz频段内有大于25dB的隔离度，大约200MHz的带宽。天线的缺点在于带宽太窄，同时天线尺寸较大。
文献“Easily Extendable Compact Planar UWB MIMO Antenna Array”提出了一种可扩展的紧凑平面UWB MIMO天线，四单元天线结构和八单元天线结构如图3所示，尺寸分别为38×38mm2和38×90mm2。天线单元采用两两正交的形式排布，可以在宽频带内的提高隔离度。天线单元为圆盘结构，通过过孔和另一端的微带线以及地板相连，这种方法可以有效地改善阻抗匹配并且减小尺寸。天线的隔离主要通过在圆环上引入矩形槽产生共振来实现的。四单元天线可以在3-15GHz频段内工作内有高于10dB的回波损耗，以及大于15dB的隔离度。为了使得天线应用在大规模MIMO中，对八单元天线进行了1×2的组阵，得到16端口的天线。此结构基本可以在3-15GHz频段内工作，但某些频段的隔离度较低，比如4GHz时，只有10dB。此外，这种MIMO天线的不同单元也没有公共地，因此，不利于进行MIMO通信。
发明内容
本发明的目的是克服了现有技术中多单元天线在宽频段内隔离度低的缺陷，提供一种具有较高隔离度的超宽带双极化MIMO天线。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：
一种双极化平面超宽带MIMO天线，包括四个辐射单元、介质基板、四块金属地板和四条隔离枝节；辐射单元包括辐射贴片和馈线；辐射贴片为倒角矩形贴片，矩形贴片在靠近馈线的两个角倒圆角；馈线为细长的矩形微带线，馈线的窄边与辐射贴片连接；隔离枝节包括长枝节和短枝节，长枝节与金属地板相连，短枝节垂直于长枝节并位于靠近地板的一侧；
辐射单元位于介质基板的上表面，四个辐射单元以90°旋转对称的方式排列，相邻的辐射单元互相正交；金属地板和隔离枝节位于介质基板的下表面，四块金属地板和四条隔离枝节都以90°旋转对称的方式排列，四块金属地板通过四条隔离枝节连接；
地板和隔离枝节之间有一凹槽，凹槽靠近地板中线的一侧有一个两级的直角阶梯结构；地板与隔离枝节相连接的地方有一金属延展；地板远离隔离枝节的一侧有一两级阶梯结构，两级阶梯都做倒圆角处理，且圆角的半径不同。
将所述双极化平面超宽带MIMO天线进行一维(1×N、M×1)或二维(M×N)扩展，得到大规模双极化MIMO天线，其中N为纵向扩展维数，M为横向扩展维数。
本发明和背景技术中第一种MIMO天线结构最大的不同之处在于，现有技术是在介质的贴片层采用多短截线结构，使得工作频段内的电流在短截线处聚集，来降低互耦。本发明则主要是在介质的地板层引入长度不一的枝节。该枝节一方面可以减小单元间的耦合电流，提高单元间隔离度，而且可以将不同单元的地板连接起来，便于该天线应用于MIMO通信。
本发明的有益效果是：
本发明克服了超宽带MIMO天线在宽频带范围内耦合强的缺点，本发明所述天线结构在较宽的频段内具有匹配良好、隔离度高的特点；同时还可以进行一维和二维的扩展构成大规模MIMO天线，且在扩展后，能够保持天线单元良好的匹配特性和单元间较高的隔离度。
附图说明
图1为背景技术所述第一种MIMO天线的结构示意图；
图2为背景技术所述第二种MIMO天线的结构示意图；
图3为背景技术所述第三种MIMO天线的结构示意图；
图4为本发明所述四单元MIMO天线结构图；
图5为本发明所述四单元MIMO天线的S参数图；
图6为本发明所述四单元天线每个单元的3GHz和7GHz的方向图；
图7为本发明所述四单元MIMO天线在一维和二维的拓展形式；
图8为将本发明所述四单元天线进行1×4扩展得到的大规模MIMO天线的S参数；
图9为将本发明所述四单元天线进行2×2扩展得到的大规模MIMO天线的S参数。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
本实施例提供一种双极化平面超宽带MIMO天线，其结构示意图如图4所示，包括四个辐射单元、介质基板、四块金属地板和四条隔离枝节；辐射单元包括辐射贴片和馈线；辐射贴片为倒角矩形贴片，矩形贴片的靠近馈线的两个角倒圆角；馈线为细长的矩形微带线，馈线的窄边与辐射贴片连接；隔离枝节包括长枝节和短枝节，长枝节与金属地板相连，短枝节垂直于长枝节并位于靠近地板的一侧；
辐射单元位于介质基板的上表面，四个辐射单元以90°旋转对称的方式排列，相邻的辐射单元互相正交；金属地板和隔离枝节位于介质基板的下表面，四块金属地板和四条隔离枝节都以90°旋转对称的方式排列，四块金属地板通过四条隔离枝节连接；
地板和隔离枝节之间有一凹槽，凹槽靠近地板中线的一侧有一个两级的直角阶梯结构；地板与隔离枝节相连接的地方有一金属延展；地板远离隔离枝节的一侧有一两级阶梯结构，两级阶梯都做倒圆角处理，且圆角的半径不同。
图5给出了四单元天线的S参数图。
图6给出了本发明天线的每个单元的3GHz和7GHz的仿真方向图，仿真均采用由一个端口馈电其余端口接匹配负载的办法。
将所述双极化平面超宽带MIMO天线进行一维(1×N、M×1)或二维(M×N)扩展，得到大规模双极化MIMO天线，其中N为纵向扩展维数，M为横向扩展维数。
图7是本发明所提出的双极化四单元MIMO天线在一维和二维的拓展，采用这两个实施例，表明本发明可以应用于设计大规模MIMO天线。两个实施例中，扩展布局分别为1×4和2×2。图8和图9分别给出了扩展布局为1×4和2×2的天线的S参数。

Claims (2)

1.一种双极化平面超宽带MIMO天线，其特征在于，包括四个辐射单元、介质基板、四块金属地板和四条隔离枝节；辐射单元包括辐射贴片和馈线；辐射贴片为倒角矩形贴片，矩形贴片在靠近馈线的两个角倒圆角；馈线为细长的矩形微带线，馈线的窄边与辐射贴片连接；隔离枝节包括长枝节和短枝节，长枝节与金属地板相连，短枝节垂直于长枝节并位于靠近地板的一侧；
辐射单元位于介质基板的上表面，四个辐射单元以90°旋转对称的方式排列，相邻的辐射单元互相正交；金属地板和隔离枝节位于介质基板的下表面，四块金属地板和四条隔离枝节都以90°旋转对称的方式排列，四块金属地板通过四条隔离枝节连接；
地板和隔离枝节之间有一凹槽，凹槽靠近地板中线的一侧有一个两级的直角阶梯结构；地板与隔离枝节相连接的地方有一金属延展；地板远离隔离枝节的一侧有一两级阶梯结构，两级阶梯都做倒圆角处理，且圆角的半径不同。
2.一种大规模双极化平面超宽带MIMO天线，其特征在于，将权利要求1所述双极化平面超宽带MIMO天线进行1×N、M×1或M×N扩展，得到大规模双极化MIMO天线，其中N为纵向扩展维数，M为横向扩展维数。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110098477A (zh) * 2019-05-16 2019-08-06 京信通信技术(广州)有限公司 辐射结构及阵列天线
CN110165395A (zh) * 2019-05-07 2019-08-23 电子科技大学 一种小型化紧凑型三频带天线
CN111276811A (zh) * 2020-03-16 2020-06-12 亳州学院 一种具有紧凑模式多样性的mimo天线
WO2021104191A1 (zh) * 2019-11-27 2021-06-03 维沃移动通信有限公司 天线单元及电子设备
CN113764868A (zh) * 2021-08-26 2021-12-07 安徽师范大学 一种应用于5g和wlan的小型化四频带mimo天线

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104269617A (zh) * 2014-09-19 2015-01-07 电子科技大学 一种平面型的双极化uwb-mimo天线
CN107732443A (zh) * 2017-09-14 2018-02-23 电子科技大学 一种高隔离度双工作状态双极化超宽带mimo天线

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104269617A (zh) * 2014-09-19 2015-01-07 电子科技大学 一种平面型的双极化uwb-mimo天线
CN107732443A (zh) * 2017-09-14 2018-02-23 电子科技大学 一种高隔离度双工作状态双极化超宽带mimo天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
X.-S. YANG, L. ZHANG, L.-L. ZHOU, ET AL: "Planar two-element UWB MIMO antennas with high isolations", 《2015 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTATIONAL ELECTROMAGNETICS (ICCEM)》 *
Y. GAO, R. MA, Y. WANG, Q. ZHANG AND C. PARINI: "Stacked Patch Antenna With Dual-Polarization and Low Mutual Coupling for Massive MIMO", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110165395A (zh) * 2019-05-07 2019-08-23 电子科技大学 一种小型化紧凑型三频带天线
CN110098477A (zh) * 2019-05-16 2019-08-06 京信通信技术(广州)有限公司 辐射结构及阵列天线
WO2021104191A1 (zh) * 2019-11-27 2021-06-03 维沃移动通信有限公司 天线单元及电子设备
CN111276811A (zh) * 2020-03-16 2020-06-12 亳州学院 一种具有紧凑模式多样性的mimo天线
CN113764868A (zh) * 2021-08-26 2021-12-07 安徽师范大学 一种应用于5g和wlan的小型化四频带mimo天线

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