CN104701624B - 一种新型紧凑型的双频段mimo天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型紧凑型的双频段MIMO天线，包括介质基板、两个天线单元及两个开口谐振环；所述的天线单元包括设置在介质基板上层的两个天线阵子单元及设置在介质基板下层的两个接地面，所述的两个天线阵子单元结构相同且正交放置，两个接地面设置在介质基板下层，与两个天线阵子单元分别对应放置；所述的两个开口谐振环圆心在同一个位置，半径小的开口谐振环嵌套在大的开口谐振环里面，两个开口谐振环设置在介质基板上层，两个天线阵子单元之间的右下方。本发明可以工作在两个工作频段，并且两个天线阵子单元之间的隔离度得到显著的提高，而且结构简单，易于加工制作，因此有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及MIMO天线技术领域，属于微波技术领域，具体的说就是一种采用两个同心开口谐振环结构来进行降低天线单元之间耦合度的天线。
背景技术
随着移动通信技术的发展，MIMO技术作为提高数据传输率的重要手段得到人们的极大关注，利用MIMO技术可以提高信道容量，同时也可以提高信道的可靠性、降低误码率，同时MIMO技术被认为是新一代通信(4G)技术的备选关键技术之一，而MIMO天线作为MIMO系统的重要组成部分，它的性能直接影响着MIMO系统的性能。目前MIMO天线技术面临着许多重要的难题，比如天线耦合、极化隔离等问题。对于减小天线之间的耦合，提高隔离度是研究天线系统的主要内容。为解决这方面的问题，大量提高天线之间的隔离度的结构开始出现。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构紧凑、高隔离度的双频段MIMO天线，不仅可以工作在2.45、5.25GHz的WLAN工作频段上，而且天线阵子单元之间的隔离度也很高。
实现本发明目的的技术方案是：
一种新型紧凑型的双频段MIMO天线，包括介质基板、两个天线单元及两个开口谐振环；所述的天线单元包括设置在介质基板上层的一个天线阵子单元及设置在介质基板下层与其对应的接地面，所述的天线阵子单元有两个，结构相同且正交放置，两个接地面设置在介质基板下层，与两个天线阵子单元分别对应放置；所述的两个开口谐振环圆心在同一个位置，半径小的开口谐振环嵌套在大的开口谐振环里面，两个开口谐振环设置在介质基板上层，两个天线阵子单元之间的右下方。
优选的，所述的天线单元是双频单极子天线，天线类似于双T型，每个分支的长度约为四分之一波长，用于实现双工作频段，所述的半径小的开口谐振环开口方向朝上，半径大的开口谐振环开口方向朝下，用于降低天线单元之间耦合度。
优选的，所述的天线阵子单元具体为“干”字型结构，“干”字型中部的竖线由一粗一细两条矩形连接构成，粗矩形在上细矩形在下，“干”字型的顶部和中部的横线各由两个矩形构成，中部的矩形设有两个缺口形状，两个缺口形状均紧贴中部的粗矩形，所述的天线阵子单元下部细矩形的底边与介质基板的边界重叠，天线阵子单元设于与其对应的矩形的接地面中部，接地面的底边也与介质基板的边界重叠。
优选的，所述的天线阵子单元中部粗矩形的高度L1与其顶部矩形的宽L2之和的二分之一约为该新型紧凑型双频MIMO天线工作在2.45GHz频点时波长的四分之一；所述的天线阵子单元中部有缺口的矩形底边至天线阵子单元中部粗矩形底部之间的距离L3与中部有缺口的矩形底边L4之和的二分之一约为该新型紧凑型双频MIMO天线工作在5.25GHz频点时波长的四分之一。
优选的，所述的两个开口谐振环开口宽度均为1mm，环宽均为0.5mm，圆心与介质基板底边边界和右边边界的距离分别为20mm和30mm；所述的介质基板为矩形，介电常数为4.4，厚度为1mm，长L为70mm，宽W为60mm；所述的天线阵子单元中部粗矩形的高度L1为25mm，宽W2为3mm，细矩形的长与接地面的宽相等，细矩形的宽W1为1.9mm，天线阵子单元顶部矩形的长L2为7mm，宽W3为2mm，与中部有缺口的矩形的宽边到缺口的距离相等，所述的天线阵子单元中部有缺口的矩形底边至天线阵子单元中部粗矩形底部延长线之间的距离L3为9mm，中部有缺口的矩形底边L4为10mm，宽L5为3mm，所述接地面为矩形，其长Lg为30mm,宽Wg为10mm，所述的半径小的开口谐振环半径R1为6.3mm,半径大的开口谐振环半径R2为2.8mm,长边与介质基板底边重叠的接地面的宽边至介质基板左边边界的距离H1为5mm，长边与介质基板右边边界重叠的接地面的宽边至介质基板底边的距离H2为19mm。
本发明与现有的技术相比，其显著的特点是：(1)性能优越，在双频段上都可以降低天线的耦合；(2)结构简单，易于加工制作，体积小重量轻，便于大规模生产。
附图说明
图1是本发明紧凑型双频段MIMO天线的二维结构示意图；
图2是本发明紧凑型双频段MIMO天线的S参数图；
图3是本发明紧凑型双频段MIMO天线在两个中心频点处的方向图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案的实施作进一步的详细描述：
实施例一
对照附图1，其结构是：天线制作在介质基板上，包括介质基板、两个天线阵子单元、两个开口谐振环、接地面；其中所述的天线阵子单元位于介质基板的上层，接地面在介质基板的下层，与天线阵子单元对应放置，形成可以实现双频段的天线单元；两个天线单元正交放置，并且两者之间相距很近，两者的位置是相对固定的，左边的天线阵子距离左边界为H1，右边的天线阵子单元距离下边界H2；两个开口谐振环开口宽度为1mm，环宽均为0.5mm，并且两个开口环的圆心在同一个位置，半径小的开口环嵌套在大的开口环里面，大环的开口方向朝下，小的开口方向朝上；开口环放置在天线单元之间的右下方，与介质基板底边界和右边边界的距离分别为20mm和30mm；
对照附图1，本发明的双频段MIMO天线的各个部分的尺寸，L＝70mm,W＝60mm,L1＝25mm,L2＝7mm,L3＝9mm,L4＝10mm,L5＝3mm,Lg＝30mm,Wg＝10mm,W1＝1.9mm,W2＝3mm,W3＝2mm,R1＝6.3mm,R2＝2.8mm,H1＝5mm,H2＝19mm。
对照附图2，附图2给出了介质基板按照相对介电常数4.4、厚度为1毫米设计时，利用HFSS软件计算的天线的S参数。根据图2可见，天线有两个工作频段，分别在2.40-2.48GHz和5.15-5.35GHz，满足WLAN的工作频段；工作频段的中心频点所对应的传输系数很小，在2.45GHz所对应的传输系数小于-26dB，在5.25GHz所对应的传输系数小于-50dB，满足MIMO系统对天线隔离度的要求。
对照附图3，附图3给出了天线在2.45GHz和5.25GHz处的辐射方向图，从图中可以看出在这两个频点上的天线辐射方向图都具有全向辐射特性。
本发明的紧凑型双频MIMO天线可以工作在2.40-2.48GHz和5.15-5.35GHz两个工作频段，并且两个天线阵子单元之间的隔离度得到显著的提高，而且结构简单，易于加工制作，因此本发明有广泛的应用前景。
Claims (5)
1.一种新型紧凑型的双频段MIMO天线，其特征在于，包括介质基板、两个天线单元及两个开口谐振环；所述的天线单元包括设置在介质基板上层的一个天线阵子单元及设置在介质基板下层与其对应的接地面，所述的天线阵子单元有两个，结构相同且正交放置，两个接地面设置在介质基板下层，与两个天线阵子单元分别对应放置；所述的两个开口谐振环圆心在同一个位置，半径小的开口谐振环嵌套在大的开口谐振环里面，两个开口谐振环设置在介质基板上层，两个天线阵子单元之间的右下方；所述天线用于工作在2.40-2.48GHz和5.15-5.35GHz两个工作频段。
2.根据权利要求1所述的一种新型紧凑型的双频段MIMO天线，其特征在于，所述的天线单元是双频单极子天线，用于实现双工作频段，所述的半径小的开口谐振环开口方向朝上，半径大的开口谐振环开口方向朝下。
3.根据权利要求2所述的一种新型紧凑型的双频段MIMO天线，其特征在于，所述的天线阵子单元为“干”字型结构，“干”字型中部的竖线由一粗一细两条矩形连接构成，粗矩形在上细矩形在下，“干”字型的顶部和中部的横线各由两个矩形构成，中部的矩形设有两个缺口形状，两个缺口形状均紧贴中部的粗矩形，所述的天线阵子单元下部细矩形的底边与介质基板的边界重叠，天线阵子单元设于与其对应的矩形的接地面中部，接地面的底边也与介质基板的边界重叠。
4.根据权利要求3所述的一种新型紧凑型的双频段MIMO天线，其特征在于，所述的天线阵子单元中部粗矩形的高度L1与其顶部矩形的宽L2之和的二分之一为该新型紧凑型双频MIMO天线工作在2.45GHz频点时波长的四分之一；所述的天线阵子单元中部有缺口的矩形底边至天线阵子单元中部粗矩形底部之间的距离L3与中部有缺口的矩形底边L4之和的二分之一为该新型紧凑型双频MIMO天线工作在5.25GHz频点时波长的四分之一。
5.根据权利要求4所述的一种新型紧凑型的双频段MIMO天线，其特征在于，所述的两个开口谐振环开口宽度均为1mm，环宽均为0.5mm，圆心与介质基板底边边界和右边边界的距离分别为20mm和30mm；所述的介质基板为矩形，介电常数为4.4，厚度为1mm，长L为70mm，宽W为60mm；所述的天线阵子单元中部粗矩形的高度L1为25mm，宽W2为3mm，细矩形的长与接地面的宽相等，细矩形的宽W1为1.9mm，天线阵子单元顶部矩形的长L2为7mm，宽W3为2mm，与中部有缺口的矩形的宽边到缺口的距离相等，所述的天线阵子单元中部有缺口的矩形底边至天线阵子单元中部粗矩形底部延长线之间的距离L3为9mm，中部有缺口的矩形底边L4为10mm，宽L5为3mm，所述接地面为矩形，其长Lg为30mm,宽Wg为10mm，所述的半径小的开口谐振环半径R1为6.3mm,半径大的开口谐振环半径R2为2.8mm,长边与介质基板底边重叠的接地面的宽边至介质基板左边边界的距离H1为5mm，长边与介质基板右边边界重叠的接地面的宽边至介质基板底边的距离H2为19mm。
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