CN114243273B - 一种紧凑型四单元超宽带mimo天线 - Google Patents

一种紧凑型四单元超宽带mimo天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，其特征在于包括：介质基板S、四个辐射贴片P、金属接地面G；所述金属接地面G包括四个金属地、“风车型”枝节；每个金属地包括金属缺陷地G1、L型地板枝节；“风车型”枝节与四个辐射贴片P相互耦合，将“风车型”枝节于中心位置相连，耦合所产生的电流大小相等，方向相反，实现相互抵消。当对天线进行馈电时，辐射贴片与金属地之间的边缘场产生辐射，同时四个辐射贴片之间产生耦合；金属缺陷地G1、L型地板枝节与“风车型”枝节作为反射板起到去耦合的作用；由中心延伸出的“风车型”枝节，对四个辐射贴片起到隔离的作用，并且“风车型”枝节与L型地板枝节共同构成解耦结构。

Description

一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，可应用无线通信***中。
背景技术
随着移动互联的发展，人们对终端设备的要求越来越高。超宽带UWB***具有极宽的频谱范围，而且有相当高的数据传输率，并且可以抵抗外部干扰和噪声。自从美国和亚太地区对超宽带的民用频段3.1GHz-10.6GHz授权，欧洲地区对6.0GHz-8.5GHz以来，人们对超宽带无线领域展开了大量的研究。
由香农定理可知，提高带宽可以提升信息的传输速率，但是由于功率的限制，信息的传输速率也同样会受到限制。但是把MIMO(multiplt-input multiple-output)与超宽带技术相结合即可解决这一难题。MIMO技术在不需要增加额外天线功率和频谱资源的情况下可以大大提升***的信道容量，进而提高了频谱利用率。将超宽带与MIMO技术结合可以很好的提高***的链路可靠性，能够将多径效应降到较低，提升传输速度和质量。
MIMO天线的设计难点之一就是在尽可能小的基板上集成多个天线单元，其次便是各个单元之间的隔离度要尽可能的高。就目前为止采用较多的去耦方法有基板开缝技术、中和线技术、加载去耦枝节技术以及正交极化技术等等。而就目前为止绝大多数的四单元超宽带MIMO天线尺寸均偏大，带宽也不是很理想。
发明内容
本发明的目的是在于针对现有的技术，提供一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，具有带宽宽，尺寸小，隔离度高，成本低的优点。
为了实现上述目标，本发明采用如下的方案：
一种四单元的超宽带天线为单层结构，包括：介质基板S，四个辐射贴片P，金属接地面G，其中：
所述四个辐射贴片P位于介质基板S上表面，呈中心对称分布；
所述辐射贴片P，包括带有缺口的半圆形贴片P1、阶梯状微带线F；
所述带有缺口的半圆形贴片P1为半圆形贴片的一端开有矩形缺口和阶梯状缺口，使得辐射单元电流路径变长，使得天线在低频段产生谐振，从而拓宽天线在低频段的带宽。
作为优选，半圆形贴片P1圆心与阶梯状微带线F中心位于同一条直线上；
所述金属接地面G位于介质基板S下表面，包括四个互不接触的金属地、“风车型”枝节；所述四个金属地为中心对称结构，每个金属地包括金属缺陷地G1、L型地板枝节；所述L型地板枝节包括第一地板枝节B1、第二地板枝节B2；金属缺陷地G1为矩形贴片开有一个矩形缺口；金属缺陷地G1接第一地板枝节B1的一端；第一地板枝节B1的另一端接第二地板枝节B2的一端；
所述“风车型”枝节的中心与介质基板S的中心重叠；所述“风车型”枝节包括4个中心对称的L型金属枝节；
作为优选，所述L型金属枝节包括垂直设置的长枝节B3和短枝节B4；长枝节B3的一端与其他L型金属枝节的长枝节连接，另一端接短枝节B4的一端；
作为优选，短枝节B4部分或全部位于半圆形贴片P1的下方；
作为优选，所述金属缺陷地G1位于阶梯状微带线F的下方；
作为优选，所述金属缺陷地G1的矩形缺口位于阶梯状微带线F的较窄端下方。
本发明“风车型”枝节与四个辐射贴片P相互耦合，将“风车型”枝节于中心位置相连，耦合所产生的电流大小相等，方向相反，故而可以相互抵消，起到增加隔离度的作用。同时，将“风车型”枝节和金属地相连接，改善阻抗匹配，增加谐振点，拓展带宽。
当对天线进行馈电时，上表面辐射贴片与金属地之间的边缘场产生辐射，与此同时，四个辐射贴片之间产生耦合，从而影响目标天线的带宽与隔离度。但是金属缺陷地G1、L型地板枝节与“风车型”枝节作为反射板起到去耦合的作用，其中由金属缺陷地G1延伸出的L型地板枝节可以有效的改善阻抗匹配，并且抑制相邻两辐射单元之间的耦合情况；由中心延伸出的“风车型”枝节，可以对位于对角的辐射贴片起到隔离的作用，并且“风车型”枝节与L型地板枝节共同构成解耦结构，大幅度降低了天线的耦合度，减小了天线体积，同时引入了更多的谐振模式，拓展了天线的阻抗匹配带宽。在金属缺陷地G1上开有矩形凹槽，改变电流路径，增加带宽。在每个辐射贴片两侧开不同形状缺口，延长电流路径，与阶梯型馈电线共同组成了辐射***，使天线的低频带宽更好。综上所述，各天线单元之间虽然处于一个较为紧凑的状态，但是在目标工作频段下仍然可以保持一个良好的带宽与隔离度。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
第一：本发明的天线尺寸为45mm×45mm×1.7mm，尺寸小，易于集成；
第二：本发明具有较宽的带宽，3.09GHz-13.67GHz；
第三：相比于常见的二单元MIMO天线，本发明具有四个单元，具有更强的分集特性；
第四：本发明采用正交布局，降耦结构相比于EBG之类的结构更加简单，有着良好的隔离度；
第五：本发明为规整的平面结构，易于集成；
第六：本发明采用厚度为1.7mm的FR4为基板，价格低廉，成本低，易于广泛普及。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的上表面结构示意图；
图3是本发明的下表面结构示意图；
图4是本发明的结构几何参数示意图；
图5是本发明S11、S22、S33、S44参数曲线的仿真图；
图6是本发明的S21、S31、S41、S32、S42、S43参数曲线仿真图；
图7是本发明在不同频率下的方向图；
图8是本发明的增益效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。
由图1可知，该超宽带天线包括45mm×45mm×1.7mm的FR4介质基板S以及覆盖在介质基板上下表面的四个金属辐射贴片P和金属接地面G。
由图2可知，四个金属辐射贴片P为中心对称结构，分布在基板四角位置，即呈正交分布，相邻单元相互垂直，对角单元反向平行。每个辐射贴片P包括带有缺口的半圆形贴片P1、阶梯状微带线F；所述阶梯状微带线F朝外设置，其采用两阶结构，其顶部刻蚀一矩形缺口；所述带有缺口的半圆形贴片P1朝内设置，其为半径为7.26mm的半圆形贴片的一端经过异面对切法刻蚀矩形缺口和二阶梯状缺口；阶梯状微带线F刻蚀的矩形缺口与二阶梯状缺口连通，构成三阶梯结构；
所述阶梯状微带线F的第一阶F1尺寸为4mm×2.4mm，第二阶F2尺寸为7.31mm×1.28mm；
所述带有缺口的半圆形贴片P1中矩形缺口尺寸为5mm×4.5mm，矩形缺口距离半圆直边1.5mm，目的时改变电流路径，从而达到目标带宽；
所述带有缺口的半圆形贴片P1中二阶梯状缺口的第一阶长度为13mm，第二阶长度为14.52mm；第二阶延伸至阶梯状微带线F，第二阶与阶梯状微带线F的矩形缺口长度为16mm，构成三阶渐变微带馈电线。
如图3所述金属接地面G位于介质基板S下表面，包括四个互不接触的金属地、“风车型”枝节；所述四个金属地为中心对称结构，每个金属地包括尺寸为19.18mm×10.3mm金属缺陷地G1、L型地板枝节；所述L型地板枝节包括22.16mm×2.78mm第一地板枝节B1、2.81mm×2.78mm第二地板枝节B2；金属缺陷地G1位于阶梯状微带线F的下方，其为矩形贴片；金属缺陷地G1的两相邻边分别位于介质基板S的两边沿，另外两相邻边的其中一边开有一个2mm×2mm矩形缺口，该矩形缺口对应位于阶梯状微带线F的下方，另一边与第一地板枝节B1相接；第一地板枝节B1的一端位于介质基板S的边沿，另一端接第二地板枝节B2的一端；第二地板枝节B2的朝外设置。
所述“风车型”枝节的中心与介质基板S的中心重叠；所述“风车型”枝节包括4个中心对称的L型金属枝节；
所述L型金属枝节包括垂直设置的14.41mm×0.08mm长枝节B3和3.5mm×0.08mm短枝节B4；；长枝节B3的一端与其他L型金属枝节的长枝节连接，另一端接短枝节B4的一端；短枝节B4的另一端朝向所连接的金属缺陷地G1；短枝节B4部分或全部位于半圆形贴片P1的下方；长枝节B3位于第二地板枝节B2的朝向金属缺陷地G1侧。
下面将对本发明天线各单元结构几何参数做优化，如图4(a-b)具体如下：
表1本发明天线的各单元结构几何参数(单位：mm)
参数 参数 参数 参数 参数
H 1.7 W 45 L 45 Wg 19.18 Wg3 2.81
W1 9.59 W2 1.5 W3 4.5 Lg 10.3 Lg2 22.16
R 7.26 Lf1 4 Lf 11.31 Wg1 2 Wg4 14.41
Wf1 2.4 Wf2 1.28 a1 1.04 Lg1 2 Lg4 3.5
b1 9.8 a2 1.55 b2 6.6 Wg2 2.78 c 0.08
其中H为介质基板的厚度，W为介质基板的宽度，L为介质基板的长度，W1为阶梯状微带线F中心以及半圆形贴片P1圆心距离介质基板的长边距离，R为半圆形贴片P1的半径，W2为半圆形贴片P1矩形缺口与圆心所在直线的距离，W3为半圆形贴片P1矩形缺口的宽度，Lf1为阶梯状微带线F与半圆形贴片P1连接的阶梯部分的长度，Wf1为阶梯状微带线F的输入端阶梯部分宽度，Lf为阶梯状微带线F的总长度，Wf2为阶梯状微带线F与半圆形贴片P1连接的阶梯部分的宽度，a1为阶梯状微带线F矩形缺口的宽度，b1为贴片右侧第一切口的长度(即阶梯状微带线F矩形缺口和半圆形贴片P1二阶梯状缺口的总长度)，a2为半圆形贴片P1二阶梯状缺口的宽度，b2为半圆形贴片P1二阶梯状缺口中第一切口的长度，Wg为金属缺陷地G1的宽度，Lg为金属缺陷地G1的长度，Wg1为金属缺陷地G1的矩形缺口宽度，Lg1为金属缺陷地G1的矩形缺口长度，Wg2为第一地板枝节B1的宽度，Lg2为第一地板枝节B1的长度，Wg3为第二地板枝节B2的宽度，Lg3为第二地板枝节B2的长度，其中Lg3与Wg2的长度相同，Wg4为“风车型”枝节的长枝节B3的长度，Lg4为“风车型”枝节的短枝节B4的长度，c为“风车型”枝节的线宽。
图5和图6是该天线的的仿真结果。由图5可知，该天线的S11、S22、S33、S44参数在-10dB以下的频率范围均满足超宽带的频段，整体可达到3.09GHz-13.67GHz的带宽范围。由图6可知，该天线的S21、S31、S41、S32、S42、S43的参数在工作频段时均在-15dB以下，天线单元之间有着良好的隔离度。图7则是该天线分别在4GHz，6.5GHz和12GHz时归一化之后的方向图。
图8为该天线的最大增益图，由图可知，本天线有着良好的增益。

Claims (4)

1.一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，其特征在于包括：介质基板（S）、四个辐射贴片（P）、金属接地面（G）；其中：
所述四个辐射贴片（P）位于介质基板（S）上表面，呈中心对称分布；其中辐射贴片（P）包括带有缺口的半圆形贴片（P1）、阶梯状微带线（F）；所述半圆形贴片（P1）圆心与阶梯状微带线（F）中心位于同一条直线上，所述半圆形贴片（P1）中缺口为矩形缺口和阶梯状缺口；
所述金属接地面（G）位于介质基板（S）下表面，包括四个互不接触的金属地、“风车型”枝节；所述四个金属地为中心对称结构，每个金属地包括金属缺陷地（G1）、L型地板枝节；所述L型地板枝节包括第一地板枝节（B1）、第二地板枝节（B2）；金属缺陷地（G1）为矩形贴片，开有一个矩形缺口；金属缺陷地（G1）接第一地板枝节（B1）的一端；第一地板枝节（B1）的另一端接第二地板枝节（B2）的一端；所述金属缺陷地（G1）的矩形缺口位于阶梯状微带线（F）的下方；
所述“风车型”枝节的中心与介质基板（S）的中心重叠；所述“风车型”枝节包括4个中心对称的L型金属枝节；“风车型”枝节与金属地连接；所述L型金属枝节包括垂直设置的长枝节（B3）和短枝节（B4）；长枝节（B3）的一端与其他L型金属枝节的长枝节连接，另一端接短枝节（B4）的一端；所述L型金属枝节的短枝节（B4）部分或全部位于半圆形贴片（P1）的下方。
2.如权利要求1所述的一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，其特征在于所述金属缺陷地（G1）的矩形缺口位于阶梯状微带线（F）的较窄端下方。
3.如权利要求1所述的一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，其特征在于“风车型”枝节与四个辐射贴片（P）相互耦合，将“风车型”枝节于中心位置相连，耦合所产生的电流大小相等，方向相反，实现相互抵消。
4.如权利要求1所述的一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，其特征在于当对天线进行馈电时，辐射贴片与金属地之间的边缘场产生辐射，同时四个辐射贴片之间产生耦合；金属缺陷地（G1）、L型地板枝节与“风车型”枝节作为反射板起到去耦合的作用，其中由金属缺陷地（G1）延伸出的L型地板枝节改善阻抗匹配，并且抑制相邻两辐射单元之间的耦合；由中心延伸出的“风车型”枝节，对四个辐射贴片起到隔离的作用，并且“风车型”枝节与L型地板枝节共同构成解耦结构。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115528423B (zh) * 2022-10-24 2024-05-24 浙江金乙昌科技股份有限公司 一种基于紧耦合与缺陷地结构的小型组合天线及天线阵列

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107623177A (zh) * 2017-09-11 2018-01-23 西安电子科技大学 基于四单元的宽带mimo天线
CN108767453A (zh) * 2018-04-26 2018-11-06 西安电子科技大学 一种柔性超宽带mimo天线
WO2018205393A1 (zh) * 2017-05-08 2018-11-15 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
CN111430919A (zh) * 2020-04-30 2020-07-17 电子科技大学 一种小型化具有三陷波特性的uwb-mimo天线
KR102238396B1 (ko) * 2019-12-11 2021-04-12 단국대학교 산학협력단 디커플링 소자를 가지는 다중 입출력 안테나
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

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10879616B2 (en) * 2018-08-30 2020-12-29 University Of Electronic Science And Technology Of China Shared-aperture antenna

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018205393A1 (zh) * 2017-05-08 2018-11-15 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
CN107623177A (zh) * 2017-09-11 2018-01-23 西安电子科技大学 基于四单元的宽带mimo天线
CN108767453A (zh) * 2018-04-26 2018-11-06 西安电子科技大学 一种柔性超宽带mimo天线
KR102238396B1 (ko) * 2019-12-11 2021-04-12 단국대학교 산학협력단 디커플링 소자를 가지는 다중 입출력 안테나
CN111430919A (zh) * 2020-04-30 2020-07-17 电子科技大学 一种小型化具有三陷波特性的uwb-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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种紧凑型二端口双陷波超宽带MIMO天线;吴文敬 等;微波学报;33(06);全文 *

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