CN106785423B - 5g通信高隔离全向阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线技术领域，具体是5G通信高隔离全向阵列天线；包括水平基板，所述水平基板为金属接地板，所述水平基板上设置有I型缝隙槽、U型嵌套缝隙槽、S型曲线缝隙槽，所述水平基板上还设置有四个双频天线单元，所述四个双频天线单元均设置于水平基板的端部，且四个双频天线单元之间采用非轴对称的方式设置；本发明可实现全向辐射特性，360°全向接收或发射信号，可用于小型基站，提高信号接收效率。

Description

5G通信高隔离全向阵列天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体是5G通信高隔离全向阵列天线。
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。
MIMO作为5G通信中的一项重要技术，大规模天线(3D/Massive MIMO)阵列也是5G通信中的重要技术，5G通信中所需要的是具有多频率多端口输入输出的全向天线，提高信道容量，由于5G较高的频率和对于小型化的需求，天线单元间的间距越发紧凑，由此带来巨大影响的就是天线间互耦现象，如何在不增加天线体积的情况下，有效提高天线隔离度的方法，就显得尤为重要。
为了承载4个天线单元，设计了一块阵列水平基板，将4个天线单元分别嵌入。
采用阵列形式的MIMO天线，由于天线单元相距很近，所以会产生较强的耦合，耦合电流会直接影响天线的辐射特性。在小尺寸移动通讯设备中，由于受限于整机的尺寸，往往无法提供足够大的间距来减弱天线之间的耦合。因此，如何在有限的空间内放置尽可能多的天线，具有较高隔离度的MIMO阵列天线成为迫切需要解决的问题。
当前，减弱微带天线阵元间耦合的主要方法有：在微带天线的阵元之间添加电磁带隙(EBG)结构，在地板上引入缺陷地(DGS)结构等方法。
开缝隙的方式虽然可以适当提高隔离度，但是对于特定频率辐射能量没有选择作用。
轴对称的天线单元摆放方式，往往会因为轴对称方向上的另一个天线单元的后端反射能量，对天线单元的辐射造成不利的影响。
发明内容
本发明为解决现有技术问题,目的在于提供5G通信高隔离全向阵列天线。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5G通信高隔离全向阵列天线，包括水平基板，所述水平基板为金属接地板，所述水平基板上设置有I型缝隙槽、U型嵌套缝隙槽、S型曲线缝隙槽，所述水平基板上还设置有四个双频天线单元，所述四个双频天线单元均设置于水平基板的端部，且四个双频天线单元之间采用非轴对称的方式设置。
进一步的，所述I型缝隙槽、U型嵌套缝隙槽、S型曲线缝隙槽均是采用蚀刻方式设置在水平基板上的。
进一步的，所述水平基板为方形状，其表面敷铜，所述四个双频天线单元采用中心对称的设置方式，靠近边缘正方形边角，其可减少对称方向上相邻双频天线单元间后端反射的相互影响。
进一步的，所述I型缝隙槽，可实现陷波特性，阻断非工作频段的其他无用频段，减小对其他频段的干扰，实现双频段有效辐射。
进一步的，所述U型嵌套缝隙槽使用大面积的U型嵌套缝隙，形成类超材料的结构，由于超材料的特性，能够有效吸收特性频率耦合电流，此设计其可吸收28GHz电流。
进一步的，所述S型曲线缝隙槽可减少15.2GHz频率的耦合电流，提高隔离度，同时起到了很好的曲流作用，减小天线的面积占用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明由四个天线分别插入水平基板中，实现全向辐射特性，360°全向接收或发射信号，可用于小型基站，提高信号接收效率；
2、各天线单元使用中心对称摆放方式，非轴对称，可避免相互之间的后端反射相互影响，提高隔离度；
3、天线后端中使用了U型缝隙整列处理，相互嵌套的方式，作为一种超材料的候选模型，介电常数低于1，能够有效吸收后端反射能量。对于高频后端反射能量吸尤为明显；
4、天线单元一侧均使用S型曲线开缝隙处理，能够有效吸收能量，提高单元间隔离度，对低频耦合电流作为较为明显；
5、天线单元间使用I型开缝隙处理，此I型开缝具有陷波特性，能够起到隔绝非工作频段，吸收耦合电流，提高端口间隔离度的作用。
6、本发明中，地板做了多处矩形凹陷处理，使用缺陷地结构，增加表面电流谐振，提高隔离度。
附图说明
图1为本发明5G通信高隔离全向阵列天线结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供5G通信高隔离全向阵列天线，包括水平基板1，所述水平基板1为金属接地板，基板为罗杰斯5880，表面敷铜，充当接地面，所述水平基板上设置有I型缝隙槽2、U型嵌套缝隙槽3、S型曲线缝隙槽4，所述水平基板上还设置有四个双频天线单元5，所述四个双频天线单元均设置于水平基板的端部，且四个双频天线单元之间采用非轴对称的方式设置。
作为本发明具体的实施方式所述I型缝隙槽、U型嵌套缝隙槽、S型曲线缝隙槽均是采用蚀刻方式设置在水平基板上的。所述水平基板为方形状，所述四个双频天线单元采用中心对称的设置方式，靠近边缘正方形边角，其可减少对称方向上相邻双频天线单元间后端反射的相互影响。所述I型缝隙槽，可实现陷波特性，阻断非工作频段的其他无用频段，实现双频段有效辐射。所述U型嵌套缝隙槽使用大面积的U型嵌套缝隙，形成类超材料的结构，由于超材料的特性，能够有效吸收特性频率耦合电流，此设计其可吸收28GHz电流。所述S型曲线缝隙槽可减少15.2GHz频率的耦合电流，提高隔离度，同时起到了很好的曲流作用，减小天线的面积占用。
该水平基板面板中央空间可以用来构建一个射频电路。这种结构不仅保持了对5G频段15.2GHz，28GHz的全方位平面舷侧的360°的覆盖率，但也提供了一个类超材料结构，U型嵌套开缝隙矩阵，优化MIMO天线间包络相关系数，减少了天线单元间在频率28GHz的相互耦合；超材料是指具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，能实现负折射和完美透镜等奇异电磁特性，根据有效媒质理论，超材料的电磁特性可以用有效介电常数和有效磁导率来表示。通过设计超材料的单元结构，使其对电场和磁场产生相应的谐振，从而可以方便地调控其有效介电常数和有效磁导率。根据这个原理，在微波波段设计出了有效介电常数和有效磁导率单个为负或者同时为负的人工超材料。本发明的U型嵌套开缝矩阵利用超材料具有对入射电磁波吸收的特性，通过调整U型嵌套开缝单元结构的几何尺寸，可使其吸波频段位于28GHz频段，从而达到减弱天线之间耦合的目的。
狭缝在水平基板上的阵列和占用空间都很小，所以很容易实现高隔离。一个S型谐振狭缝，它的每一个迂回缝在较低的频带的表面电流收敛在狭缝周围，从而减轻耦合。使用缺陷地结构，降低耦合，提高隔离度。因此减少了天线单元间在频率15.2GHz的相互耦合。
一个I型开缝隙，为了实现带阻特性，使用带隙结构实现陷波特性，在金属接地板上蚀刻，做I型开缝隙处理。放置在金属接地板上的槽的长度约为波长的一半，它可以只有约四分之一的波长。1/4波长的I形槽蚀刻拒绝了20～24GHz的频段。
为实现天线单元间，接地板间的电流谐振，对接地板间做了开槽处理，腐蚀了部分接地板。最后将设计好的双频端射天线插入水平介质板中，靠近边界的位置，使用圆心对称结构，而非轴对称，避免天线单元相互在同一水平线上，减少后端反射之间的影响，使用同轴馈电，实现天线的全向辐射，覆盖360°接收方向。
在本发明中，对于四个天线单元的嵌套方式，可以适当调节距离边角的距离，或者摆放方向，也可以实现全向辐射。
U型的相互嵌套的方式作为一种超材料结构，也可以使用Z字型的相互嵌套，同样可以实现一种超材料的结构特性。
S型曲线开谐振缝隙，可以使用双线缝隙接地的方式，也可以过滤掉特定频率的耦合电流。
I型开槽缝隙结构，可以使用C字型的开槽缝隙结构，同样可以起到带阻结构，实现陷波特性。
接地板上的开槽方式，不一定要矩形，梯形的开槽方式同样可以达到消耗耦合电流的作用。
综上所述，本发明能够实现工作频段为15.2GHz和28GHz，本发明有较好隔离度，增加MIMO天线分集效益，有效辐射。
在实现天线高隔离度情况下，做到结构不复杂，不增加加工难度，易加工，易组装，较好的实用效果。
将超材料结构运用到提高阵列天线隔离度当中，拥有不错的效果。
非中心对称的效果，相对于千篇一律的轴对称阵列天线，提供了新的设计思路。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.5G 通信高隔离全向阵列天线，其特征在于，包括水平基板，所述水平基板为金属接地板，所述水平基板上设置有I 型缝隙槽、U 型嵌套缝隙槽、S型曲线缝隙槽，所述水平基板上还设置有四个双频天线单元，所述四个双频天线单元均设置于水平基板的端部，且四个双频天线单元之间采用非轴对称的方式设置；
所述I 型缝隙槽、U 型嵌套缝隙槽、S 型曲线缝隙槽均是采用蚀刻方式设置在水平基板上的；
所述水平基板为方形状，水平基板表面敷铜，所述四个双频天线单元采用中心对称的设置方式，靠近边缘正方形边角，其可减少轴对称方向上相邻双频天线单元间后端反射的相互影响；
所述I 型缝隙槽，可实现陷波特性，阻断非工作频段的其他无用频段，减小对其他频段的干扰，实现双频段有效辐射；
所述U 型嵌套缝隙槽使用大面积的U 型嵌套缝隙，形成类超材料的结构，由于超材料的特性，能够有效吸收28GHz的耦合电流；
所述S 型曲线缝隙槽可减少15.2GHz 频率的耦合电流，提高该频段隔离度，同时起到了很好的曲流作用，减小天线的面积占用；
所述水平基板为罗杰斯5880，表面敷铜。
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