CN105406192B - 一种带有隔离结构的超宽带mimo天线 - Google Patents

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Abstract

该发明公开了一种带有隔离结构的超宽带MIMO天线，属于超宽带MIMO天线技术领域，特别是超宽带MIMO天线的隔离结构。该发明的技术方案为将两个单极子天线单元正交放置，再在两个正交的单极子天线单元的角平分线上放置隔离结构，该隔离结构采用类葫芦丝的形状，通过控制结构上不同区域的尺寸，使天线在整个超宽频带上实现了单元间的高隔离，且保持了良好的阻抗匹配效果。该发明所提出的隔离结构，不仅具有尺寸小的优点，同时还可以方便地根据实际天线的匹配和隔离效果对该结构各部分尺寸进行调整，以达到超宽频带内天线单元的良好阻抗匹配和单元间的隔离度。

Description

一种带有隔离结构的超宽带MIMO天线
技术领域
本发明属于超宽带MIMO天线技术领域，特别是超宽带MIMO天线的隔离结构。
背景技术
多输入多输出(MIMO)技术，即在无线链路两端均采用多个天线，多个天线同时接收或发射的通信技术。采用MIMO技术，可以充分利用信号的空域信息，建立空间并行传输通道，在不增加带宽和天线发送功率的情况下成倍地提高信道容量，是新一代移动通信系统的关键技术之一。
超宽带(UltraWideband-UWB)技术可以利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，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。英特尔公司于2002年2月28日在该公司主办的开发商会议“Intel Developer Forum(IDF)Spring 2002”上公开演示了下一代短距离无线技术“UWB(超宽带技术)”，主要有如下三大特点：(1)高达数百Mbit/秒的高速通信，在数米的距离内能够以100Mbit/秒的速度进行通信；(2)耗电量为现有无线技术的1/100以下；(3)较现有无线技术成本更低。由此可见，在对信息传输速率要求越发紧迫的今天，UWB具有巨大的发展前景和潜力。
文献Li Liu,S.W.Cheung,and T.I.Yuk,“Compact MIMO Antenna for PortableDevices in UWB Applications,”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.61,no.8,August 2013.公开了一种带有隔离结构的MIMO天线，天线结构如附图中图1所示。天线面积为26x 40mm2,结构包括两个正交放置的平面单极子天线单元，分别由微带线馈电。两个天线单元有同样的尺寸，通过将天线单元正交放置，使天线的极化具有正交特性。同时，为提高单元间的隔离度，采取了以下措施：用小的矩形枝节将两个天线的地板连接起来，同时，两个天线单元的地板上还各自增加了一个长枝节作为寄生的单极子以在低频和高频引入谐振点，使得天线的匹配和隔离都得到了改善。此天线在3.1-10.6GHz频段内实现了高于15dB的隔离度和小于-10dB的反射系数，对于正交放置的平面单极子天线来说该隔离结构对隔离度的提升并没有明显效果。
发明内容
本发明现有技术MIMO天线中的隔离结构对天线隔离度提升无明显效果的缺点改进设计一种带有隔离结构的具有较高隔离度的超宽带MIMO天线。
本发明的技术方案为将两个单极子天线单元正交放置，再在两个正交的单极子天线单元的角平分线上放置隔离结构，该隔离结构采用类葫芦丝的形状，通过控制结构上不同区域的尺寸，使天线在整个超宽频带上实现了单元间的高隔离，且保持了良好的阻抗匹配效果。因而，本发明一种带有隔离结构的超宽带MIMO天线，包括两个单极子天线单元、两块金属地板、介质基板、隔离结构，其中两个单极子天线单元、两块金属地板设置于介质基板上方，两块金属地板围成一个有两个开口的环形金属地板，用于正交设置两个单极子天线；其特征在于隔离结构设置于介质基板下方，且从中间分隔开正交设置的两个单极子天线单元，隔离结构包括：圆形贴片和长度不同的两段枝节，两段枝节分别设置于圆形贴片的两端且位于同一直线上的枝节，较长段的枝节设置于圆形贴片靠近两个天线单元的一端，较短段的枝节设置于圆形贴片远离两个天线单元的一端。
进一步的，所述隔离结构中的圆形贴片上设置有孔。
进一步的，所述隔离结构中的圆形贴片上设置有5个小孔，其中3个位于隔离结构的中心线上，且相互连通，其余两个对称设置于隔离结构中心线的两侧且位于圆形贴片的同一直径上。
进一步的，所述隔离结构中长度不同的两段枝节包括功能段和冗余段；其中较长段枝节包括：两个功能段和两个冗余段，与圆形贴片首先连接的是冗余段，然后依次为影响9GHz附近频点隔离度的功能段、冗余段、影响5GHz附近频点隔离度的功能段；较短段枝节包括：功能段和冗余段各一个，与圆形贴片首先连接的是影响6GHz附近频点隔离度的功能段，再连接冗余段。
进一步的，所述两块金属地板围成一个有两个开口的环形金属地板为方环形，对方环形内部一对角做填角处理，该对角位于隔离结构的中心线上；且其中靠近两个天线单元的一角环的宽度小于其余各处环的宽度，且宽度突变处的外角做圆角处理。
本发明所提出的隔离结构，不仅具有尺寸小的优点，同时还可以方便地根据实际天线的匹配和隔离效果对该结构各部分尺寸进行调整，以达到超宽频带内天线单元的良好阻抗匹配和单元间的隔离度。
附图说明
图1为背景技术中超宽带MIMO天线结构图；
图2为本发明超宽带MIMO天线结构图；
图3为本发明隔离结构各部分具体尺寸图；
图4为本发明UWB MIMO天线不采用本发明与采用本发明时仿真的s参数图；
图5为本发明的隔离结构中有无圆孔的仿真s参数图；
图6为本发明仿真的高隔离双极化UWB天线三维方向图。
具体实施方式
图2为带有本隔离结构的双极化高隔离UWB MIMO天线。图3为隔离结构各部分的具体尺寸图。图4给出了未加隔离结构与添加隔离结构后，天线的S参数仿真曲线。通过对比可知，天线工作在3.2-11.7GHz的范围内，隔离度在20dB以上。葫芦丝寄生结构的引入很大的减少了天线单元之间的互耦。图5给出了类葫芦丝形隔离结构中间不刻蚀圆孔与刻蚀圆孔时的S参数对比图。从图中可以看出，圆孔的引入使整个频段内都可以获得20dB以上的隔离度。图5给出了采用了该隔离结构后，仿真的3.5GHz以及5.7GHz的方向图。仿真中，均采用一个端口馈电，另外一个端口接50Ω的匹配负载。图6中：图(a)为3.5GHz端口P1馈电的本发明天线三维方向图；图(b)为5.7GHz端口P1馈电的本发明天线三维方向图；图(c)为3.5GHz端口P2馈电的本发明天线三维方向图；图(d)为5.7GHz端口P2馈电的本发明天线三维方向图。

Claims (3)

1.一种带有隔离结构的超宽带MIMO天线，包括两个单极子天线单元、两块金属地板、介质基板、隔离结构，其中两个单极子天线单元、两块金属地板设置于介质基板上方，两块金属地板围成一个有两个开口的环形金属地板，环形金属地板两个开口处用于正交设置两个单极子天线；其特征在于隔离结构设置于介质基板下方，且位于两个单极子天线单元的对称轴的投影上，隔离结构包括：圆形贴片和长度不同的两段枝节，两段枝节分别设置于圆形贴片的两端且位于同一直线上，较长段的枝节设置于圆形贴片靠近两个天线单元的一端，较短段的枝节设置于圆形贴片远离两个天线单元的一端；所述隔离结构中的圆形贴片上设置有5个小孔，其中3个位于隔离结构的中心线上，且相互连通，其余两个对称设置于隔离结构中心线的两侧且位于圆形贴片的同一直径上。
2.如权利要求1所述的一种带有隔离结构的超宽带MIMO天线，其特征在于所述隔离结构中长度不同的两段枝节包括功能段和冗余段；其中较长段枝节包括：两个功能段和两个冗余段，与圆形贴片首先连接的是冗余段，然后依次为影响9GHz附近频点隔离度的功能段、冗余段、影响5GHz附近频点隔离度的功能段；较短段枝节包括：功能段和冗余段各一个，与圆形贴片首先连接的是影响6GHz附近频点隔离度的功能段，再连接冗余段。
3.如权利要求1所述的一种带有隔离结构的超宽带MIMO天线，其特征在于所述环形金属地板为方环形，对方环形内部一对角做填角处理，该对角位于隔离结构的中心线上；且其中靠近两个天线单元的一角环的宽度小于其余各处环的宽度，且宽度突变处的外角做圆角处理。
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