CN106410406A - 一种双频低剖面紧耦合高隔离度mimo天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双频低剖面紧耦合高隔离度MIMO天线，其包括上层介质板、下层介质板、第一短路探针、第二短路探针、第一馈电探针及第二馈电探针；上层介质板的上表面设置有辐射贴片和隔离装置，下层介质板的下表面设置有接地板，两层介质板之间设置有空气层；第一短路探针、第二短路探针的一端分别与辐射贴片相连，第一短路探针、第二短路探针的另一端分别与接地板相连；第一馈电探针、第二馈电探针的一端分别与辐射贴片相连，第一馈电探针、第二馈电探针的另一端分别与接地板相连。本发明能够用于WLAN 双频段信号的收发，具有剖面低、带宽大和低互耦的优点，适用于移动基站和终端。

Description

一种双频低剖面紧耦合高隔离度MIMO天线
技术领域
本发明属于通信设备，具体涉及一种双频低剖面紧耦合高隔离度MIMO天线。
背景技术
MIMO技术的优点在于不增加系统发射功率及带宽的情况下，能够成倍地提高MIMO系统的信道容量和频谱利用率。MIMO技术被认为是新一代无线通信技术的革命,受到了越来越多的关注，并广泛应用于移动基站和终端中。近年来，多频段低剖面天线的研发一直受到国内外各学者的广泛关注。因此研究设计低剖面、高隔离度的MIMO天线具有重要的应用前景。到目前为止，最宽的WLAN传输协议是应用于5GHz U-NII频段和ISM频段 (5.15-5.825GHz)的IEEE 802.11a协议。而目前市场上的一些MIMO天线存在频率单一的缺点，不能够实现对WLAN所有频段的覆盖；一些MIMO天线采取增加单元天线之间距离的方式提高隔离度，从而大大增加了移动终端设备的体积；多数MIMO天线因受到移动终端尺寸空间的限制，隔离度较差。
发明内容
本发明的目的提供一种双频低剖面紧耦合高隔离度MIMO天线，用于改善传统的定向辐射/接收的MIMO 天线存在隔离度差、频带单一、剖面高的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：一种双频低剖面紧耦合高隔离度MIMO天线，其特征在于：包括上层介质板、下层介质板、第一短路探针、第二短路探针、第一馈电探针及第二馈电探针；所述上层介质板的上表面设置有辐射贴片和隔离装置，所述下层介质板的下表面设置有接地板，两层介质板之间设置有一定高度的空气层；所述第一短路探针、第二短路探针穿过所述空气层中；第一短路探针、第二短路探针的一端分别与所述辐射贴片相连，第一短路探针、第二短路探针的另一端分别与所述接地板相连；第一馈电探针、第二馈电探针的一端分别与所述辐射贴片相连，第一馈电探针、第二馈电探针的另一端分别与所述接地板相连。
在本发明一实施例中，所述辐射贴片包括两个镜像设置的辐射单元；每个辐射单元均包括一内部矩形贴片及一外部U形贴片；所述内部矩形贴片与外部U形贴片通过三个连接桥连接；所述内部矩形贴片上设有与馈电探针连接的馈电点；所述外部U形贴片上设有与短路探针连接的短路点。
进一步的，所述隔离装置包括用于连接两个镜像设置的辐射单元的Z形中和线及矩形寄生贴片；所述矩形寄生贴片设置在两个镜像设置的辐射单元下方。
在本发明一实施例中，还包括与第一馈电探针底端连接的第一SMA接头及与第二馈电探针底端连接的第二SMA接头；第一SMA接头、第二SMA接头焊接在接地板上。
与现有技术相比，本发明的能够用于WLAN频段（2.4GHz-2.5GHz以及5.15GHz-5.85GHz）信号的收发，具有剖面低、带宽大和低互耦的优点，适用于移动基站和终端。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的上层介质板结构及短路探针位置示意图（俯视图）。
图3是本发明的上层介质板结构示意图（仰视图）。
图4是天线的频率响应电磁仿真曲线。
图5是天线在工作频率为2.45GHz 和5. 5G时E面增益方向图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
本发明提供一种双频低剖面紧耦合高隔离度MIMO天线，其包括上层介质板、下层介质板、第一短路探针、第二短路探针、第一馈电探针及第二馈电探针；所述上层介质板的上表面设置有辐射贴片和隔离装置，所述下层介质板的下表面设置有接地板，两层介质板之间设置有一定高度的空气层；所述第一短路探针、第二短路探针穿过所述空气层中；第一短路探针、第二短路探针的一端分别与所述辐射贴片相连，第一短路探针、第二短路探针的另一端分别与所述接地板相连；第一馈电探针、第二馈电探针的一端分别与所述辐射贴片相连，第一馈电探针、第二馈电探针的另一端分别与所述接地板相连。在本发明一实施例中，所述辐射贴片包括两个镜像设置的辐射单元；每个辐射单元均包括一内部矩形贴片及一外部U形贴片；所述内部矩形贴片与外部U形贴片通过三个连接桥连接；所述内部矩形贴片上设有与馈电探针连接的馈电点；所述外部U形贴片上设有与短路探针连接的短路点。进一步的，所述隔离装置包括用于连接两个镜像设置的辐射单元的Z形中和线及矩形寄生贴片；所述矩形寄生贴片设置在两个镜像设置的辐射单元下方。
本发明一实施例的结构示意图如图1至图3所示。本实例包括上层介质板5和下层介质板6，两层介质之间存在一定厚度的空气层2，并且设置有第一馈电探针1a、第二馈电探针1b、第一短路探针3a和第一短路探针3b。上层介质板顶部设置有两个天线单元辐射贴片，第一外部U型辐射贴片9a、第一内部矩形辐射贴片11a、第一天线单元的第一连接桥8a、第一天线单元的第二连接桥10a及第一天线单元的第三连接桥12a共同构成第一天线单元辐射贴片；第二外部U型辐射贴片9b、第二内部矩形辐射贴片11b、第二天线单元的第一连接桥8b、第二天线单元的第二连接桥10b及第二天线单元的第三连接桥12b共同构成第二天线单元辐射贴片。第一馈电探针1a的顶端焊接于第一内部矩形辐射贴片11a的馈电点处，第一短路探针3a的顶端焊接于第一外部U型辐射贴片9a的短路点处，第一外部U型辐射贴片9a和第一内部矩形辐射贴片11a通过第一天线单元的第一连接桥10a、第二连接桥12a和第三连接桥8a进行连接，通过对第一内部矩形辐射贴片11a馈电来激励上层辐射贴片，使其辐射电磁波，第二天线单元的实施方式参照第一天线单元。两个天线单元镜像放置，并通过Z形中和线7进行连接，通过使用Z形中和线7和矩形寄生贴片13组成的隔离装置，MIMO天线低频段的隔离度得到了较为明显的提高。下层介质板6的下表面为接地板14，第一短路探针3a和第二短路探针3b的底端分别穿过下层介质板6，通过焊锡与接地板14焊接；第一SMA接头4a与第一馈电探针1a的底端连接，第二SMA接头4b与第二馈电探针1b的底端连接，并均通过焊锡与接地板14焊接。
图 4是本实施例天线的电磁仿真图，可以看出天线-10dB的工作频段能够实现对WLAN频段的全部覆盖，且天线在低频频段内的隔离度小于-25dB，最低值可以达到-50dB，天线在高频频段内的隔离度小于-20dB，较好地满足了设计要求。图5是天线在工作频率为2.45GHz和5. 5G时E面增益方向图，从图中可以看出两个频率点对应增益分别大于7dB和8dB。
在本发明具体实施例中，上层介质板的尺寸为142mm×80mm×0.6mm；两个辐射单元边缘之间的距离为11mm；所述内部矩形贴片的长度为26.3mm，宽度为14mm，所述外部U型贴片由一个尺寸为55.1mm×51mm的大矩形贴片挖去一个尺寸为35.1mm×18mm的小矩形贴片组成；第一连接桥与第三连接桥分别位于所述内部矩形贴片的两侧，所述第一连接桥与第三连接桥的尺寸均为4mm×2mm，所述第一连接桥距对应天线单元垂直中心线的位置为6.5mm，所述第三连接桥距对应天线单元垂直中心线的位置为13mm，中心位于对应天线单元垂直中心线上的第二连接桥的尺寸为5.5mm×3mm。下层介质板的尺寸为142mm×80mm×0.6mm；所述下层介质板的下表面设置有尺寸为142mm×80mm的矩形接地板，所述接地板与所述的两根短路探针、所述的两根馈电探针以及两个SMA 接头相连。
两根馈电探针的半径均为0.45mm，位于对应天线单元的垂直中心线上，距对应天线单元的垂直中心线的位置为20.1mm，底端分别与所述的两个SMA接头相连。
所述短路探针的半径为0.45mm，所述短路探针距对应天线单元的水平中心线的位置分别为8.1mm，距对应天线单元的垂直中心线的位置为-17.5mm。
所述隔离装置包括连接两个辐射单元的Z形中和线以及设置在两个辐射单元下方的矩形寄生贴片；中心位于MIMO天线的垂直中心线上的Z形中和线由两个尺寸为5.25mm×0.5mm的水平设置的矩形贴片和一个尺寸为11mm×0.5mm的垂直设置的矩形贴片连接组成，中心距MIMO天线水平中心线的位置为-1mm；所述矩形寄生贴片的尺寸为32mm×1mm，中心位于MIMO天线的垂直中心线上，距MIMO天线水平中心线位置为30.5mm。
较佳的，所述空气层的高度为5mm。
本发明提供的一种双频低剖面紧耦合高隔离度MIMO天线，能够用于WLAN频段（2.4GHz-2.485GHz以及5.15GHz-5.85GHz）信号的收发，旨在改善传统的定向辐射/接收的MIMO 天线存在隔离度差、频带单一、剖面高的问题，并且该天线可以完美覆盖WLAN所有波段。天线采用在单层贴片上开槽的方式实现WLAN两个频段的覆盖，并采用空气层代替传统的介质板材，大大降低了天线的剖面高度；采用增加短路探针及适当添加连接桥的方式，在保证天线小型化的同时，增加了天线的阻抗带宽；采用设置Z形中和线和矩形寄生贴片的方式提高两紧耦合天线单元之间的隔离度。本发明在具备双频特性的基础上，具有结构紧凑、带宽大、低互耦、低剖面和定向辐射的优点，能够完美覆盖WLAN的所有波段,适用于移动基站和终端。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种双频低剖面紧耦合高隔离度MIMO天线，其特征在于：包括上层介质板、下层介质板、第一短路探针、第二短路探针、第一馈电探针及第二馈电探针；所述上层介质板的上表面设置有辐射贴片和隔离装置，所述下层介质板的下表面设置有接地板，两层介质板之间设置有空气层；所述第一短路探针、第二短路探针、第一馈电探针及第二馈电探针穿过所述空气层中；第一短路探针、第二短路探针的一端分别与所述辐射贴片相连，第一短路探针、第二短路探针的另一端分别与所述接地板相连；第一馈电探针、第二馈电探针的一端分别与所述辐射贴片相连，第一馈电探针、第二馈电探针的另一端分别与所述接地板相连。
2.根据权利要求1所述的双频低剖面紧耦合高隔离度MIMO天线，其特征在于：所述辐射贴片包括两个镜像设置的辐射单元；每个辐射单元均包括一内部矩形贴片及一外部U形贴片；所述内部矩形贴片与外部U形贴片通过三个连接桥连接；所述内部矩形贴片上设有与馈电探针连接的馈电点；所述外部U形贴片上设有与短路探针连接的短路点。
3.根据权利要求2所述的双频低剖面紧耦合高隔离度MIMO天线，其特征在于：所述隔离装置包括用于连接两个镜像设置的辐射单元的Z形中和线及矩形寄生贴片；所述矩形寄生贴片设置在两个镜像设置的辐射单元下方。
4.根据权利要求1所述的双频低剖面紧耦合高隔离度MIMO天线，其特征在于：还包括与第一馈电探针底端连接的第一SMA接头及与第二馈电探针底端连接的第二SMA接头；第一SMA接头、第二SMA接头焊接在接地板上。
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