CN104577318A - 一种差分双端口的超宽带mimo天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种差分双端口的超宽带MIMO天线，包括介质基板，还包括设置在介质基板正面的差分端口A、B，以及设置在介质基板背面的金属地面，金属地面中空部分为宽缝隙，所述的差分端口A、B相互正交。本发明的MIMO天线，具有隔离度高，结构紧凑，工作带宽超宽的优点，能够满足小型化，低成本，易与差分电路集成的要求。

Description

一种差分双端口的超宽带MIMO天线
技术领域
本发明涉及差分超宽带MOMO天线，特别涉及一种差分双端口的超宽带MIMO天线。
背景技术
随着无线通信技术的迅猛发展，通信系统对高速率、大容量和高可靠性的移动通信质量需求越来越强烈，而应用传统的通信技术很难满足这一需求。多输入多输出(multiple-input-multiple-output，MIMO)技术在一个通信系统中应用多个收发天线来发射和接收信号，可以有效的克服多径衰落效应并提高系统容量和可靠性。在MIMO天线的设计中，最关键紧要的一个问题就是如何使降低各个天线单元之间的耦合度。目前减小天线单元间耦合的主要方法有：EBG地板结构，解耦网络，地板缝隙，反射单元，地板分支和Neutralization线。以上的解耦方法仅适用于窄带工作带宽中，不适用于超宽带系统，大多数结构设计复杂，所实现的隔离度一般在20dB左右。
差分天线是指采用差分馈电形式的天线。目前，射频电路通常采用差分技术传输信号，但是天线大多数被设计为单端口器件，不能直接与差分电路集成，通常需要采用巴伦把差分信号转换为单端口信号然后馈入天线。巴伦的使用会造成损耗，使系统效率降低，也增加了独立器件的数量，不利于系统高度集成和小型化。
差分天线改变了传统天线的单端口设计方法，将天线设计为双端口形式，直接把差分信号馈进天线的两个端口。差分天线可以直接与差分电路集成，减少了巴伦器件的使用，提高系统效率。目前出现的所有MIMO天线中，没有采用差分馈电形式的，也就是没有差分MIMO天线出现。一是因为能采用差分馈电的天线形式不如单端口天线灵活多样，二是差分天线的加工测试比传统单端口天线更为复杂，需要特殊的仪器和设备。但是差分天线在性能上和工程应用上都明显优于传统天线，因此设计差分MIMO天线具有重要的意义和价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种差分双端口的超宽带MIMO天线。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种差分双端口的超宽带MIMO天线，包括介质基板，还包括设置在介质基板正面的差分端口A、B，以及设置在介质基板背面的金属地面，金属地面中空部分为宽缝隙，所述的差分端口A、B相互正交。
所述的差分端口A包含馈电口A+和A-，所述的差分端口B包含馈电口B+和B-，馈电口A+和A-在直线L1上，馈电口B+和B-在直线L2上，直线L1、L2相互垂直。
所述的馈电口A+、A-、B+、B-均为贴片。
所述的宽缝隙为多边形M，多边形M在介质基板正面的对应位置为多边形N，差分端口A、B在多边形N内。
所述的多边形M为正六边形。
本发明的工作过程如下所示：
本发明采用平面结构设计，在一块介质基板的两面，分别刻蚀四个贴片和一个中间挖空的宽缝隙地面，如图1和图2所示。正面是四个矩形贴片a1和a2，b1和b2，分别形成差分端口A和B。差分端口A包含两个馈电口A+和A-，分别馈入幅度相等，相位相反的差分信号，差分端口B也是如此。介质基板的背面是一块金属地面3，其中间挖去了一个多边形，形成宽缝隙4。多边形的宽缝隙具有良好的渐变性，通过正面的贴片对背面的宽缝隙地面进行馈电，可以产生多个谐振频点，由此形成超宽的工作频带。由于天线完全对称，因此差分端口A工作时，位于A+和A-的正中间会形成一条电压为0的“虚拟地面”，也就是B+和B-所在的面上，因此B+和B-不会有差分信号输出。同样，当端口B工作时，端口A也不会有差分信号输出。因此，不用任何去耦合结构，两个差分端口A和B可以形成极高的隔离度，而且理论上是无穷大的。由于差分端口A和B相互正交，共同对背面的宽缝隙进行馈电，因此当他们工作时，可以形成相互正交的双极化特性。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、与已出现的所有超宽带MIMO天线相比，本发明不采用任何去耦结构，可以在超宽的工作频带内达到50dB以上的隔离度。
2、与已出现的所有超宽带MIMO天线相比，本发明采用的是差分馈电结构，可以更好的与差分电路集成。
3、本发明两对差分馈电端口共用一个宽缝隙进行辐射，实现了双极化特性，体积大大减小，结构简单紧凑，成本低。
附图说明
图1为本发明所述的差分双端口的超宽带MIMO天线的正面结构示意图；
图2为本发明所述的差分双端口的超宽带MIMO天线的背面结构示意图；
图3为本发明所述的差分双端口的超宽带MIMO天线的电磁仿真奇模反射系数曲线图；
图4为本发明所述的差分双端口的超宽带MIMO天线的电磁仿真耦合度曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1、2，一种差分双端口的超宽带MIMO天线，包括介质基板，还包括设置在介质基板正面的差分端口A、B，以及设置在介质基板背面的金属地面，金属地面中空部分为宽缝隙，所述的差分端口A、B相互正交；
所述的差分端口A包含馈电口A+和A-，所述的差分端口B包含馈电口B+和B-，馈电口A+和A-在直线L1上，馈电口B+和B-在直线L2上，直线L1、L2相互垂直；
所述的馈电口A+、A-、B+、B-分别为贴片a1、b1、a2、b2；
所述的宽缝隙为多边形M，多边形M在介质基板正面的对应位置为多边形N，差分端口A、B在多边形N内；
所述的多边形M为正六边形。
本实施例中，介质基板的介电常数为4.4。电磁仿真奇模反射系数曲线如图3所示，天线-10dB阻抗工作带宽为2.9GHz到11.3GHz，相对带宽达到了118％，可以完全覆盖UWB通信系统(3.1GHz-10.6GHz)，因此非常适合应用于超宽带系统中。
电磁仿真的耦合度曲线如图4所示，在整个超宽带工作频带内，两个差分端口之间的耦合度在-50dB以下，即隔离度达到了50dB以上，远远高于普通MIMO天线单元间20dB的隔离度。这说明天线的两个端口可以独立的工作，而不受彼此影响，两个端口接收的信号可以保证极低的相关度，从而为MIMO通信系统中的高信号质量提供可靠保障。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种差分双端口的超宽带MIMO天线，其特征在于：包括介质基板，还包括设置在介质基板正面的差分端口A、B，以及设置在介质基板背面的金属地面，金属地面中空部分为宽缝隙，所述的差分端口A、B相互正交。
2.根据权利要求1所述的差分双端口的超宽带MIMO天线，其特征在于：所述的差分端口A包含馈电口A+和A-，所述的差分端口B包含馈电口B+和B-，馈电口A+和A-在直线L1上，馈电口B+和B-在直线L2上，直线L1、L2相互垂直。
3.根据权利要求2所述的差分双端口的超宽带MIMO天线，其特征在于：所述的馈电口A+、A-、B+、B-均为贴片。
4.根据权利要求1所述的差分双端口的超宽带MIMO天线，其特征在于：所述的宽缝隙为多边形M，多边形M在介质基板正面的对应位置为多边形N，差分端口A、B在多边形N内。
5.根据权利要求4所述的差分双端口的超宽带MIMO天线，其特征在于：所述的多边形M为正六边形。
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