CN105789888A - 一种具有高隔离度的四端口mimo天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高隔离度的四端口MIMO天线，它包括接地金属板(1)、介质基板(2)、四个天线辐射单元(3)、四个四分之一波长阻抗变换器(4)、四个50Ω微带馈线(5)和四个金属贴片(6)。该MIMO天线有四个天线单元，谐振频率为5.2GHz，相邻两个天线单元的最近距离仅为4.75mm，约为谐振频率对应的自由空间波长的0.082倍，结构紧凑，体积小。在不增加天线尺寸的前提下，利用垂直极化技术和增加额外耦合路径的方法，使得各天线单元之间的耦合度均在-19.5dB以下，隔离度高。本发明有望在无线通信技术领域得到广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种体积小、结构紧凑、成本低、具有高隔离度的四端口MIMO天线，该MIMO天线的谐振频率为5.2GHz。
背景技术
随着无线通信技术的迅猛发展，要求通信设备要小型化和便携化。在实际应用中，由于受到接收机或发射机尺寸及结构限制，需要在有限空间内尽可能多地布置天线单元。根据MIMO天线的设计要求，各天线单元之间要有较高的隔离度，即耦合度要低。如果无线通信设备的空间充足，只要通过增加天线单元之间的距离，使间距大于二分之一波长，就能够很好的降低天线之间的耦合度。但是对于小型化的无线通信设备，各天线单元间的距离无法控制在不小于二分之一波长的范围内，各天线单元间的耦合度会很大，从而造成系统性能的降低。因此，在空间有限，并且保证低成本、高隔离度的前提下设计多端口MIMO天线，具有很大的挑战性。
目前，国内外学者已提出了不少MIMO天线设计思路，但仍不能满足现代无线通信设备的设计要求，在一定程度上阻碍了无线通信技术的发展进程。例如，在中国专利CN102714353A中所设计的MIMO天线，仅有两个端口，没能在有限的空间内，保证高隔离度的前提下，放置更多个天线，并且体积仍较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、结构紧凑、成本低、具有高隔离度的四端口MIMO天线，该MIMO天线的谐振频率为5.2GHz，各天线单元间的耦合度在-19.5dB以下。
本发明所采用的技术方案：
一种具有高隔离度的四端口MIMO天线，其特征是：包括接地金属板(1)、介质基板(2)、四个天线辐射单元(3)、四个四分之一波长阻抗变换器(4)、四个50Ω微带馈线(5)和四个金属贴片(6)。
所述的一种具有高隔离度的四端口MIMO天线，其特征是：接地金属板(1)在介质基板(2)的下表面，四个天线辐射单元(3)、四个四分之一波长阻抗变换器(4)、四个50Ω微带馈线(5)和四个金属贴片(6)在介质基板(2)的上表面。
所述的一种具有高隔离度的四端口MIMO天线，其特征是：四个天线辐射单元(3)为矩形贴片天线。
所述的一种具有高隔离度的四端口MIMO天线，其特征是：每个四分之一波长阻抗变换器(4)的两侧分别与一个天线辐射单元(3)和一个50Ω微带馈线(5)相连接，构成一个天线单元，四个天线单元相互垂直放置。
所述的一种具有高隔离度的四端口MIMO天线，其特征是：四个金属贴片(6)的形状均为矩形。
本发明的优势在于：
(1)MIMO天线中有四个天线单元，各天线单元间的耦合度-19.5dB以下，工作效率高，并且相比于其他两单元或三单元的MIMO天线，能更好的提高信道容量。
(2)四个天线单元中，相邻的两个天线的最近距离仅为4.75mm，约为谐振频率5.2GH对应的自由空间波长的0.082倍，结构紧凑，体积小。
(3)接地金属板、天线辐射单元、四分之一波长阻抗变换器、50Ω微带馈线和金属贴片选用铜箔材料，介质基板选用TP2材料，这两种材料市面常见，价格低，使得MIMO天线成本低，易于加工。
附图说明
图1是本发明所述的一种具有高隔离度的四端口MIMO天线的主观图；
图2是本发明所述的一种具有高隔离度的四端口MIMO天线的S11、S21、S31和S41特性曲线；
具体实施方式
一种具有高隔离度的四端口MIMO天线,如图1所示，各天线单元相互垂直放置，并且在天线单元间放置了矩形金属贴片(6)。天线单元的垂直放置可以利用垂直极化技术抑制近场耦合，金属贴片(6)可以提供额外的耦合路径来抵消非激励天线单元原有的耦合电流，从而提高各天线单元间的隔离度。
介质基板(2)选用TP2材料，介电常数为4.3，厚度为H，边长为L。接地金属板(1)覆盖介质基板(2)的整个下表面。
四个天线辐射单元(3)为矩形贴片天线，长和宽分别为L1和W1，相邻天线辐射单元(3)之间的距离为S1，四个天线辐射单元(3)距较近的介质基板(2)边缘的距离为S2。
四个四分之一波长阻抗变换器(4)的长和宽分别为L2和W2，每个四分之一波长阻抗变换器(4)的两侧分别与一个天线辐射单元(3)和一个50Ω微带馈线(5)相连接，构成一个天线单元，四个50Ω微带馈线(5)的长和宽分别为L3和W3。四分之一波长阻抗变换器(4)起到阻抗匹配的作用。
四个金属贴片(6)的长和宽分别为L4和W4，每个金属贴片(6)位于相邻两个天线单元之间，距较近的金属贴片(6)的距离为S3。
如图1所示，该MIMO天线的具体结构的尺寸为：H＝1.8mm，L＝64mm，L1＝12.2mm，W1＝17.5mm，L2＝11mm，W2＝0.4mm，L3＝9.8mm，W3＝0.4mm，L4＝24mm，W4＝0.5mm，S1＝4.75mm，S2＝8.75mm，S3＝1.25mm。
由于该MIMO天线的结构对称，图2中仅对一个天线单元的S11、S21、S31和S41特性曲线进行说明，其余三个天线单元的特性曲线，S22、S33、S44与S11相同，S32、S43、S14与S21相同，S42、S13、S24与S31相同，S12、S23、S34与S41相同。如图2所示，该MIMO天线的谐振频率为5.2GHz，带宽为180MHz，在整个带宽内，各天线单元之间的耦合度均在-19.5dB以下，具有很高的隔离度。
Claims (5)
1.一种具有高隔离度的四端口MIMO天线，其特征是：包括接地金属板(1)、介质基板(2)、四个天线辐射单元(3)、四个四分之一波长阻抗变换器(4)、四个50Ω微带馈线(5)和四个金属贴片(6)。
2.根据权利要求1所述的一种具有高隔离度的四端口MIMO天线，其特征是：接地金属板(1)在介质基板(2)的下表面，四个天线辐射单元(3)、四个四分之一波长阻抗变换器(4)、四个50Ω微带馈线(5)和四个金属贴片(6)在介质基板(2)的上表面。
3.根据权利要求1所述的一种具有高隔离度的四端口MIMO天线，其特征是：四个天线辐射单元(3)为矩形贴片天线。
4.根据权利要求1所述的一种具有高隔离度的四端口MIMO天线，其特征是：每个四分之一波长阻抗变换器(4)的两侧分别与一个天线辐射单元(3)和一个50Ω微带馈线(5)相连接，构成一个天线单元，四个天线单元相互垂直放置。
5.根据权利要求1所述的一种具有高隔离度的四端口MIMO天线，其特征是：四个金属贴片(6)的形状均为矩形。
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