CN105789888A - 一种具有高隔离度的四端口mimo天线 - Google Patents

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张兰超
赵永生
孙照清
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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

一种具有高隔离度的四端口MIMO天线
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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