CN104393407A - 基于超材料的小型化双频mimo天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超材料的小型化双频MIMO天线，所述天线左右对称，包括矩形FR4基底，在矩形FR4基底的上表面的两侧均设有两个矩形接地片、微带线和圆形单极子天线；两个矩形接地片对称分布在微带线的两侧，微带线与圆形单极子天线相连，在圆形单极子天线上开有一沿微带线方向的矩形槽和一与圆形单极子天线共心的弓形槽；矩形槽的一端与弓形槽连通，另一端连接一交指电容；在矩形FR4基底的上表面的中间设有一开口谐振环。本发明天线成本低且尺寸相对较小，具有双频特性且在WLAN2.4GHz和5GHz两个频段具有较宽的阻抗带宽；具有低耦合、高隔离、低剖面、易共形，便于加工制作等优点。
Description
技术领域
本发明属于无线通信领域与天线技术，涉及一种有效抑制天线间耦合的小型化双频MIMO 天线。
背景技术
多输入多输出（MIMO）系统是近年来无线通信领域的研究热点，被视作第四代移动通信技术的重要组成部分。它的主要思想是，在无线链路的发送端和接收端同时使用多个天线，利用分集技术，在不占用额外频谱带宽和天线发送功率的前提下，有效地提高信道容量或者提高系统的可靠性。MIMO 系统的高性能主要取决于到达各天线单元的多径衰落信号必须高度低相关，这需要天线单元间的低互耦和高隔离。
在目前以及未来的MIMO 系统中，无论是基站还是便携式终端，贴片天线都是最为常用的天线类型之一。如果能够实现贴片天线单元自身的高度小型化，以放置更多数目的天线，这将满足终端小型化的需求。另一方面，MIMO 系统特别是移动终端中的贴片天线单元通常都相距较近，其带宽相比单个天线也会受到很大影响。因此，研究设计适宜于MIMO 系统的小型化宽频带贴片天线对于未来无线通信的发展将具有深远的意义。
在目前的多频段多天线终端产品中，必须考虑天线间耦合，为保证多频段隔离度及有效地解决天线小型化的问题，可以利用超材料结构开口谐振环来突破传统天线的限制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于超材料的小型化双频MIMO天线。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于超材料的小型化双频MIMO天线，所述天线左右对称，包括矩形FR4基底，在矩形FR4基底的上表面的两侧均设有两个矩形接地片、微带线和圆形单极子天线；所述两个矩形接地片对称分布在微带线的两侧，微带线与圆形单极子天线相连，在圆形单极子天线上开有一沿微带线方向的矩形槽和一与圆形单极子天线共心的弓形槽；矩形槽的一端与弓形槽连通，另一端连接一交指电容；在矩形FR4基底的上表面的中间设有一开口谐振环，所述开口谐振环为矩形环，且开口朝前，开口谐振环的两个环末端均向环内竖直延伸一定距离。
所述矩形接地片、微带线、圆形单极子天线和开口谐振环均为铜贴片；矩形FR4基底的尺寸为 ；矩形接地片的尺寸为；微带线的尺寸为；圆形单极子天线的半径为5.1mm；弓形槽的弧长和宽度分别为5.7mm和 0.5mm，矩形槽的长和宽分别为7.5mm和0.5mm；所述交指电容的交指数为3个，高度为1mm，每个交指的高度和宽度分别为0.8mm和0.2mm；开口谐振环的尺寸为，环的宽度为0.5mm，开口宽度为0.7mm，开口向内延伸长度为3.7mm，开口谐振环的后端与矩形FR4基底的后端相距8mm。
本发明的有益效果是：
（1）成本低且尺寸相对较小。整个天线尺寸为，可以被大多数应用场合接受。
（2）该天线具有双频特性，且在WLAN 2.4GHz和5GHz两个频段具有较宽的阻抗带宽，分别为2.35GHz-2.50GHz，4.9GHz-6GHz。
（3）天线具有很高的隔离度，在工作频段内其隔离度均大于15dB，实现了低耦合、高隔离的特点。
（4）天线只采用FR4、铜两种最常用的材料，且完全是平面结构，无过孔。因此具有低剖面、易共形，便于加工制作等优点。
附图说明
图1为天线的整体结构正视图；
图2为天线的反射系数仿真结果图；
图3为天线的传输系数的仿真结果图；
图中，矩形FR4基底1、矩形接地片2、微带线3、圆形单极子天线4、矩形槽5、弓形槽6、交指电容7、开口谐振环8。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明针对WLAN 2.4GHz和5GHz两个频段小型移动终端MIMO天线的应用需求，进行了基于超材料的双频MIMO天线的研究：所述天线左右对称，包括矩形FR4基底1，在矩形FR4基底1的上表面的两侧均设有两个矩形接地片2、微带线3和圆形单极子天线4；所述两个矩形接地片2对称分布在微带线3的两侧，微带线3与圆形单极子天线4相连，在圆形单极子天线4上开有一沿微带线3方向的矩形槽5和一与圆形单极子天线4共心的弓形槽6；矩形槽5的一端与弓形槽6连通，另一端连接一交指电容7；在矩形FR4基底1的上表面的中间设有一开口谐振环8，所述开口谐振环8为矩形环，且开口朝前，开口谐振环8的两个环末端均向环内竖直延伸一定距离。
所述矩形接地片2、微带线3、圆形单极子天线4和开口谐振环8均为铜贴片；矩形FR4基底1的尺寸为；矩形接地片2的尺寸为；微带线3的尺寸为；圆形单极子天线4的半径为5.1mm；弓形槽6的弧长和宽度分别为5.7mm和 0.5mm，矩形槽5的长和宽分别为7.5mm和0.5mm；所述交指电容7的交指数为3个，高度为1mm，每个交指的高度和宽度分别为0.8mm和0.2mm；开口谐振环8的尺寸为，环的宽度为0.5mm，开口宽度为0.7mm，开口向内延伸长度为3.7mm，开口谐振环8的后端与矩形FR4基底1的后端相距8mm。
本发明的工作原理如下：
本发明双频MIMO天线的圆形单极子天线4本身可以产生5.4GHz左右的谐振，通过在圆形单极子天线4中加载弓形槽6、矩形槽5和交指电容7，构成等效LC谐振电路，可以在不增加天线尺寸和保留原高频谐振的情况下产生一个2.4GHz左右的低频谐振。通过调整弓形槽6的弧长，可以调整对应的等效电感，通过调整交指电容7的交指的高度，可以调整对应的等效电容。超材料结构开口谐振环8的作用是减少两圆形单极子天线4间的耦合，通过调整开口谐振环8的位置和延伸长度可以调整去耦合的效果。
该天线的-10dB的功率反射系数和仿真结果如图2所示，可以看出该天线具有双频特性，且在两个频段具有很宽的带宽，分别为2.35GHz-2.50GHz，4.9GHz-6GHz，覆盖了WLAN 2.4GHz和5GHz两个频段。
该天线的传输系数的仿真结果如图3所示，可以看出该天线具有很高的的隔离度，在工作频带内传输系数均小于-15dB，即隔离度均大于15dB。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (2)
1.一种基于超材料的小型化双频MIMO天线，其特征在于，所述天线左右对称，包括矩形FR4基底（1），在矩形FR4基底（1）的上表面的两侧均设有两个矩形接地片（2）、微带线（3）和圆形单极子天线（4）；所述两个矩形接地片（2）对称分布在微带线（3）的两侧，微带线（3）与圆形单极子天线（4）相连，在圆形单极子天线（4）上开有一沿微带线（3）方向的矩形槽（5）和一与圆形单极子天线（4）共心的弓形槽（6）；矩形槽（5）的一端与弓形槽（6）连通，另一端连接一交指电容（7）；在矩形FR4基底（1）的上表面的中间设有一开口谐振环（8），所述开口谐振环（8）为矩形环，且开口朝前，开口谐振环（8）的两个环末端均向环内竖直延伸一定距离。
2.根据权利要求1所述基于超材料的小型化双频MIMO天线，其特征在于，所述矩形接地片（2）、微带线（3）、圆形单极子天线（4）和开口谐振环（8）均为铜贴片；矩形FR4基底（1）的尺寸为 ；矩形接地片（2）的尺寸为；微带线（3）的尺寸为；圆形单极子天线（4）的半径为5.1mm；弓形槽（6）的弧长和宽度分别为5.7mm和 0.5mm，矩形槽（5）的长和宽分别为7.5mm和0.5mm；所述交指电容（7）的交指数为3个，高度为1mm，每个交指的高度和宽度分别为0.8mm和0.2mm；开口谐振环（8）的尺寸为，环的宽度为0.5mm，开口宽度为0.7mm，开口向内延伸长度为3.7mm，开口谐振环（8）的后端与矩形FR4基底（1）的后端相距8mm。
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