CN106532251B - 一种四单元超宽带mimo天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四单元超宽带MIMO天线，包括：基板，设于基板上的槽偶极天线，设于基板下的单极天线，槽偶极天线、单极天线设于基板的两侧。本发明提供一种适用于无线通信和射频能量采集系统等多方面应用的四单元超宽带MIMO天线，该天线低互耦，宽带宽，结构紧凑，低成本。

Description

一种四单元超宽带MIMO天线
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是一种MIMO天线。
背景技术
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。
随着无线通信技术的日益普及，超宽带无线通信技术以其低功耗、高带宽、低复杂度等优点而倍受重视,已成为目前短距离无线通信的一大研究热点。但由于其辐射功率极低，在多径环境中极易受到干扰。MIMO可以利用分集技术改善通信系统的可靠性并且可以改善通信的多径衰落问题。研究表明,将MIMO技术应用于超宽带，可以改善超宽带天线系统性能。而如何在保持天线系统小体积的前提下，设计出具有高隔离度的超宽带MIMO天线是一个关键问题。
为提高两天线间的隔离度，现有技术中通过在两个天线单元间设置多个谐振环型的缺陷地结构，虽然天线间隔离度得到了改善，但这无疑增加了天线的复杂度。或是采用在天线单元间设置T型枝节方法来提高两天线单元间的隔离度，但是该天线系统相对体积较大，不利设备的便携。现有技术还未解决这些问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于无线通信和射频能量采集系统等多方面应用的四单元超宽带MIMO天线，该天线低互耦，宽带宽，结构紧凑，低成本。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种四单元超宽带MIMO天线，包括：基板，设于基板上的槽偶极天线，设于基板下的单极天线，槽偶极天线、单极天线设于基板的两侧。
前述的一种四单元超宽带MIMO天线，两边的槽偶极天线和单极天线都互相关于中心旋转对称。
前述的一种四单元超宽带MIMO天线，还包括：设于槽偶极天线顶部一侧的倒L型匹配枝节。
前述的一种四单元超宽带MIMO天线，还包括：设于槽偶极天线顶部另一侧并用来匹配槽偶极天线的阻抗的梯形匹配块。
前述的一种四单元超宽带MIMO天线，槽偶极天线上设有改善单极天线的隔离度的L型去耦枝节。
前述的一种四单元超宽带MIMO天线，槽偶极天线采用共面波导馈电。
前述的一种四单元超宽带MIMO天线，单极天线采用集中端口馈电。
前述的一种四单元超宽带MIMO天线，基板的尺寸为41mm*70mm*0.8mm。
前述的一种四单元超宽带MIMO天线，基板为介电常数4.4的FR-4环氧玻璃纤维板。
前述的一种四单元超宽带MIMO天线，单极天线的辐射单元与槽偶极天线的极化方向正交。
本发明的有益之处在于：本发明提供一种适用于无线通信和射频能量采集系统等多方面应用的四单元超宽带MIMO天线；具体具有如下好处：
第一：本发明的天线尺寸为41mm×70mm×0.8mm，尺寸小；
第二：本发明具有较宽的带宽，3.1GHz-12GHz；
第三：相比常见的二单元天线，本发明具有四单元，这使得本发明具有更强的分集特性；
第四：本天线采用了结构简单的隔离结构即L型枝节，提高隔离度；
第五：正交极化的特性使得每个天线都具有良好的辐射特性；
第六：本天线采用平面结构，易于集成到电路板，适用于小型移动设备；
第七：本天线采用厚度为0.8mm且价格低廉的FR-4环氧玻璃纤维板作为介质基板，较现有技术的天线有更薄的厚度和更低的制作成本。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的俯视图；
图2是本发明的一种实施例的侧视图；
图3是天线1和天线3的S参数图；
图4是天线1与天线2、天线3、天线4间的隔离度图；
图5是天线3与天线2、天线4间的隔离度图；
图6是槽偶极天线和单极天线的增益图；
图7是原始状态时天线1的S参数图；
图8是天线1添加倒L型匹配枝节的S参数图；
图9是天线1添加梯形匹配块的S参数图；
图10是添加L型去耦枝节前天线3和天线4间隔离度图；
图11是添加L型去耦枝节后天线3和天线4间隔离度图；
图中附图标记的含义：
1基板，2槽偶极天线，3单极天线，4倒L型匹配枝节，5梯形匹配块，6L型去耦枝节，端口1和端口2为槽偶极天线馈电端口，端口3和端口4为单极天线馈电端口，天线1为馈电端口为端口1的槽偶极天线，天线2为馈电端口为端口2的槽偶极天线，天线3为馈电端口为端口3的单极天线，天线4为馈电端口为端口4的单极天线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种四单元超宽带MIMO天线，包括：基板1，设于基板1上的槽偶极天线2，设于基板1下的单极天线3，槽偶极天线2、单极天线3设于基板1的两侧。作为一种优选，基板1为介电常数4.4的FR-4环氧玻璃纤维板。基板1的长边一侧顶层设置有槽偶极天线2，在底层设置以槽偶极天线2为地的单极天线，两边的槽偶极天线2和单极天线3都互相关于中心旋转对称，这样的设计构成四单元MIMO天线系统。
MIMO天线，还包括：设于槽馈槽偶极天线2顶部一侧的倒L型匹配枝节4，设于槽偶极天线2顶部另一侧并用来匹配槽偶极天线2的阻抗的梯形匹配块5。槽偶极天线2上设有改善单极天线3的隔离度的L型去耦枝节6。
槽偶极天线2采用共面波导馈电，单极天线3采用集中端口馈电。
单极天线的辐射单元与槽偶极天线2的极化方向正交；这样的特点提高天线间隔离度并使天线系统紧凑。发明的尺寸小，基板1的尺寸为41mm*70mm*0.8mm。图1中天线的尺寸如表1所示。
Figure GDA0004151402890000041
Figure GDA0004151402890000051
表1(单位：mm)
通过图7-11的对比，说明本发明的有益效果，首先在基板1的长边一侧顶层设置有槽偶极天线2，在底层设置以顶层槽偶极天线2为地的单极天线，该单极天线的辐射单元与槽偶极天线2的槽部分同形。利用这两个天线的极化方向正交特点提高天线间隔离度并使天线系统紧凑。此时的槽偶极天线2的S参数如图6所示，可见在4.25GHz-5.7GHz频段内槽偶极天线2的S参数不满足小于-10dB的要求。进一步在顶层的槽偶极天线2顶部一侧添加一个倒L型匹配枝节4改善该天线的S参数，增加倒L型匹配枝节4改善该天线的S参数,使该频段内天线阻抗匹配到50欧姆。结果如图7所示，其中5.1GHz-5.7GHz频段内仍不能符合要求；再在另一侧添加梯形匹配块5进一步匹配槽偶极天线2的阻抗改善S参数以满足小于-10dB的要求，增加梯形匹配块5改善该天线的S参数使该频段内天线阻抗匹配到50欧姆。如图8所示。在以上过程中单极天线的S参数始终满足小于-10dB的要求。接下来在基板1另一长边侧放置同样的天线来构成四单元MIMO天线系统，两边的槽偶极天线2和单极天线都互相关于中心旋转对称。此时只有两单极天线间隔离度较差，不满足小于-10dB的要求，如图9所示。为此，在两槽偶极天线2各自顶部中间分别添加L型去耦枝节6极大地改善了两单极天线的隔离度，增加L型去耦枝节6改善两单极天线的隔离度使得L型枝条将槽双极子之间的电场集中在L型枝条之上，从而隔离了两个天线单元彼此之间的干扰。使之满足小于-10dB的要求，如图10所示。
本发明提供一种适用于无线通信和射频能量采集系统等多方面应用的四单元超宽带MIMO天线；具体具有如下好处：
第一：本发明的天线尺寸为41mm×70mm×0.8mm，尺寸小；
第二：本发明具有较宽的带宽，3.1GHz-12GHz；
第三：相比常见的二单元天线，本发明具有四单元，这使得本发明具有更强的分集特性；
第四：本天线采用了结构简单的隔离结构即L型枝节，提高隔离度；
第五：正交极化的特性使得每个天线都具有良好的辐射特性；
第六：本天线采用平面结构，易于集成到电路板，适用于小型移动设备；
第七：本天线采用厚度为0.8mm且价格低廉的FR-4环氧玻璃纤维板作为介质基板1，较现有技术的天线有更薄的厚度和更低的制作成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种四单元超宽带MIMO天线，其特征在于，包括：基板，设于上述基板上的槽偶极天线，设于上述基板下的单极天线，上述槽偶极天线、单极天线设于上述基板的两侧，上述单极天线以槽偶极天线为地，上述槽偶极天线和单极天线分别关于中心旋转对称，上述单极天线的辐射单元与槽偶极天线的槽部分同形，槽偶极天线采用共面波导馈电，单极天线采用集中端口馈电。
2.根据权利要求1所述的一种四单元超宽带MIMO天线，其特征在于，还包括：设于上述槽偶极天线顶部一侧的倒L型匹配枝节。
3.根据权利要求2所述的一种四单元超宽带MIMO天线，其特征在于，还包括：设于上述槽偶极天线顶部另一侧并用来匹配槽偶极天线的阻抗的梯形匹配块。
4.根据权利要求1所述的一种四单元超宽带MIMO天线，其特征在于，槽偶极天线上设有改善单极天线的隔离度的L型去耦枝节。
5.根据权利要求1所述的一种四单元超宽带MIMO天线，其特征在于，上述基板的尺寸为41mm*70mm*0.8mm。
6.根据权利要求1所述的一种四单元超宽带MIMO天线，其特征在于，上述基板为介电常数4.4的FR-4环氧玻璃纤维板。
7.根据权利要求1所述的一种四单元超宽带MIMO天线，其特征在于，单极天线的辐射单元与槽偶极天线的极化方向正交。
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