CN106816703B - 一种利用共面波导馈电的四元uwb-mimo天线 - Google Patents
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Abstract
一种利用共面波导馈电的四元UWB‑MIMO天线，涉及UWO‑MIMO天线。设有介质基板，所述介质基板为正方形介质基板，在介质基板上表面设有4个天线单元，所述4个天线单元在介质基板上表面呈旋转对称排布，所述天线单元由金属辐射贴片和共面波导金属馈线组成，所述共面波导金属馈线与金属辐射贴片的下端连接，所述金属辐射贴片为倒置正五边形结构，金属辐射贴片的中心位置设有腐蚀的倒凸形槽状开口谐振器，所述介质基板的下表面设有4根阶梯阻抗谐振枝节。此外天线在5.25～5.62GHz频段内产生很好的陷波特性，有效的避免了IEEE802.11a标准规定的5.25～5.35GHz的WLAN通信频段的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及UWO-MIMO天线，尤其是涉及一种利用共面波导馈电的四元UWO-MIMO天线。
背景技术
共面波导(CPW，Coplanar wave-guide)是一种与地板共面的传输线，CPW与传统微带线相比，有以下几个优点：第一，由于只有一层敷铜的介质基板，在加工制造方面相对容易；第二，馈电不需要在介质基板上过孔或绕线；第三，容易控制其特征阻抗，其主要由信号传输线的宽度和开槽的宽度之间比值所决定，可以根据特定的特征阻抗下，调整相应的尺寸大小，更利于有源或无源器件的小型化集成。
提高窄带MIMO天线的隔离度方法有很多，但对于UWB-MIMO却难有很好的方法。在天线的基板背面引入类似多模谐振器枝节是一种新的增强隔离度的方法，该方法既能达到提高隔离度的效果，同时减小了对辐射效率的影响，能够在多个频段或者整个超宽带工作频段内有效的整体提高其隔离度。
近年来，UWB-MIMO天线的研究与设计开始考虑其陷波特性，以避免与其它无线通信系统的干扰，从而更好的应用于UWB无线通信系统。文献(Srivastava G,Dwari S,Kanuijia B K.A compact 4×4 ultrawideband(UWB)band notched MIMO antenna[C]//Microwave and RF Conference(IMaRC),2014 IEEE International.IEEE,2014:198-200.)报道了一种4×4的超宽带MIMO天线，该天线辐射单元与馈线成90度弯曲，通过在辐射贴片上开1/2波长的开口谐振环实现WLAN频段范围的阻带效果。由于天线单元间距比较大，同时对相连的地板切去矩形块，使得天线单元间相互耦合度减小，提高了各端口间隔离度。最终该天线仿真结果工作带宽达2～11.8GHz，陷波频段范围4.7～5.9GHz，各端口间隔离度在-20dB以下。文献(Mao C X,Chu Q X.Compact coradiator UWB-MIMO antenna withdual polarization[J].Antennas and Propagation,IEEE Transactions on,2014,62(9):4474-4480.)报道了一款四单元的超宽带MIMO天线，该天线两个天线单元共用一个五边形的辐射贴片，为了避免端口间电流相互影响，在五边形贴片上切去一个T形槽，同时在其背面地板上加载一个箭头形状的金属枝节，与T形槽构成谐振器的效果，这样阻止了贴片上大部分电流流向另一端口，从而满足了MIMO系统对天线的隔离度要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用共面波导馈电的四元UWB-MIMO天线。
本发明设有介质基板，所述介质基板为正方形介质基板，在介质基板上表面设有4个天线单元，所述4个天线单元在介质基板上表面呈旋转对称排布，所述天线单元由金属辐射贴片和共面波导(CPW)金属馈线组成，所述共面波导(CPW)金属馈线与金属辐射贴片的下端连接，所述金属辐射贴片为倒置正五边形结构，金属辐射贴片的中心位置设有腐蚀的倒凸形槽状开口谐振器，所述介质基板的下表面设有4根阶梯阻抗谐振枝节；所述共面波导(CPW)金属馈线的馈线两边是与馈线有对应渐进结构的等腰梯形状的金属地板。
所述介质基板可采用双面覆铜箔的微波介质基板，优选Rogers RT/duroid 5880(tm)介质基板，所述介质基板的介电常数可为2.2，损耗正切角可为0.0009，尺寸可为50mm×50mm×1mm。
所述倒置正五边形结构的金属辐射贴片，作为天线的辐射单元。
所述共面波导(CPW)金属馈线可采用梯形渐进结构的共面波导(CPW)金属馈线。
所述金属辐射贴片的中心位置有腐蚀的倒凸形槽状开口谐振器。
所述4根阶梯阻抗谐振枝节以旋转对称方式排布。
与现有技术相比较，本发明具有以下突出优点和显著技术效果：天线工作频段为2.12～11.6GHz，各端口隔离度达-24.5dB以下，能够同时很好的满足UWB和MIMO通信的需求。此外天线在5.25～5.62GHz频段内产生很好的陷波特性，有效的避免了IEEE802.11a标准规定的5.25～5.35GHz的WLAN通信频段的干扰。
附图说明
图1是本发明实施例的正面结构图。
图2是本发明实施例的正面局部放大图(1)。
图3是本发明实施例的正面局部放大图(2)。
图4是本发明实施例的背面结构图。
图5是本发明实施例的天线回波损耗曲线图。
图6是本发明实施例的4个天线端口间隔离度曲线图。
图7是本发明实施例的第1天线端口在4GHz激励时的极化方向图。
图8是本发明实施例的第1天线端口在6GHz激励时的极化方向图。
图9是本发明实施例的第1天线端口在8GHz激励时的极化方向图。
图10是本发明实施例的第1天线端口在10GHz激励时的极化方向图。
图11是本发明实施例的第2天线端口在4GHz激励时的极化方向图。
图12是本发明实施例的第2天线端口在6GHz激励时的极化方向图。
图13是本发明实施例的第2天线端口在8GHz激励时的极化方向图。
图14是本发明实施例的第2天线端口在10GHz激励时的极化方向图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1～4，本发明实施例设有介质基板1，所述介质基板1为正方形介质基板，在介质基板1上表面设有4个天线单元，所述4个天线单元在介质基板1上表面呈旋转对称排布，所述天线单元由金属辐射贴片21和共面波导(CPW)金属馈线22组成，所述共面波导(CPW)金属馈线22与金属辐射贴片21的下端连接，所述金属辐射贴片21为倒置正五边形结构，金属辐射贴片21的中心位置设有腐蚀的倒凸形槽状开口谐振器，所述介质基板1的下表面设有4根阶梯阻抗谐振枝节。
所述介质基板1可采用双面覆铜箔的微波介质基板，优选Rogers RT/duroid 5880(tm)介质基板，所述介质基板1的介电常数为2.2，损耗正切角为0.0009，尺寸为50mm×50mm×1mm。
所述倒置正五边形结构的金属辐射贴片，作为天线的辐射单元。
所述共面波导(CPW)金属馈线22采用梯形渐进结构的共面波导金属馈线，所述共面波导(CPW)金属馈线22的馈线两边是与馈线有对应渐进结构的等腰梯形金属地板。
所述金属辐射贴片的中心位置有腐蚀的倒凸形槽状开口谐振器。
所述4根阶梯阻抗谐振枝节以旋转对称方式排布。
所述倒置正五边形结构的中心至正五边形顶点的距离R＝7mm±1mm，金属辐射贴片21的顶点与等腰梯形金属地板的距离为S＝0.3mm±0.1mm。共面波导(CPW)金属馈线22的上底宽度为We＝0.824mm±0.1mm，下底宽度为W＝2mm±0.3mm，与等腰梯形金属地板的距离为g＝0.2mm±0.05mm。等腰梯形金属地板的下底宽度为Wg＝24±2mm，高为Lg＝9.5mm±1mm，上底边沿与下底边沿的水平距离为Wc＝3.5mm±0.5mm。倒凸形槽状开口谐振器的下边宽度为d1＝3.0mm±1mm，倒凸形槽状开口谐振器上边宽度为d2＝5.4mm±1mm，倒凸形槽状开口谐振器两个端口的距离为d3＝1.0mm±0.3mm，倒凸形槽状开口谐振器的下边长度为L1＝1.9mm±0.5mm，倒凸形槽状开口谐振器的上边长度为L2＝3.6mm±1mm，折线段长度为L3＝1.3mm±0.5mm。
阶梯阻抗谐振枝节的短枝节长度为Ls1＝5.0mm±1mm，宽度为Ws1＝2.0mm±0.5mm。阶梯阻抗谐振枝节的长枝节长度为Ls2＝12.75mm±2mm，宽度为Ws2＝1.0mm±0.5mm。
在图1～3中，标记Port1、Port2、Port3和Port4分别表示第1天线端口、第2天线端口、第3天线端口和第4天线端口。
参见图5，其中曲线a是S11的曲线图，曲线b是S22的曲线图，曲线c是S33的曲线图，曲线d是S44的曲线图。由于天线结构的对称性，天线两个端口的回波损耗曲线理论上是相同的。由仿真曲线可见，-10dB回波损耗带宽范围是2.12～11.6GHz。
参见图6，其中a是S12曲线图，b是S13曲线图，c是S14曲线图，d是S23曲线图，e是S24曲线图，f是S34曲线图。在所测频段，4个天线端口之间隔离度均在-24.5dB以下，同时4个天线端口均在5.25～5.62GHz频段内具有很好的陷波特性，很好地避免了IEEE802.11a标准规定的5.25～5.35GHz的WLAN通信频段。
参见图7，其中a1是E面主极化方向图，b1是E面交叉极化方向图，c1是H面主极化方向图，d1是H面交叉极化方向图。
参见图8，其中a2是E面主极化方向图，b2是E面交叉极化方向图，c2是H面主极化方向图，d2是H面交叉极化方向图。
参见图9，其中a3是E面主极化方向图，b3是E面交叉极化方向图，c3是H面主极化方向图，d3是H面交叉极化方向图。
参见图10，其中a4是E面主极化方向图，b4是E面交叉极化方向图，c4是H面主极化方向图，d4是H面交叉极化方向图。
参见图11，其中a5是E面主极化方向图，b5是E面交叉极化方向图，c5是H面主极化方向图，d5是H面交叉极化方向图。
参见图12，其中a6是E面主极化方向图，b6是E面交叉极化方向图，c6是H面主极化方向图，d6是H面交叉极化方向图。
参见图13，其中a7是E面主极化方向图，b7是E面交叉极化方向图，c7是H面主极化方向图，d7是H面交叉极化方向图。
参见图14，其中a8是E面主极化方向图，b8是E面交叉极化方向图，c8是H面主极化方向图，d8是H面交叉极化方向图。
Claims (8)
1.一种利用共面波导馈电的四元UWB-MIMO天线，其特征在于设有介质基板，所述介质基板为正方形介质基板，在介质基板上表面设有4个天线单元，所述4个天线单元在介质基板上表面呈旋转对称排布，所述天线单元由金属辐射贴片和共面波导金属馈线组成，所述共面波导金属馈线与金属辐射贴片的下端连接，所述金属辐射贴片为倒置正五边形结构，金属辐射贴片的中心位置设有腐蚀的倒凸形槽状开口谐振器，所述介质基板的下表面设有4根阶梯阻抗谐振枝节，所述4根阶梯阻抗谐振枝节以旋转对称方式排布；所述共面波导金属馈线的馈线两边是与馈线有对应渐进结构的等腰梯形状的金属地板。
2.如权利要求1所述一种利用共面波导馈电的四元UWB-MIMO天线，其特征在于所述介质基板采用双面覆铜箔的微波介质基板。
3.如权利要求1或2所述一种利用共面波导馈电的四元UWB-MIMO天线，其特征在于所述介质基板的介电常数为2.2，损耗正切角为0.0009，尺寸为50mm×50mm×1mm。
4.如权利要求1所述一种利用共面波导馈电的四元UWB-MIMO天线，其特征在于所述倒置正五边形结构的金属辐射贴片，作为天线的辐射单元。
5.如权利要求1所述一种利用共面波导馈电的四元UWB-MIMO天线，其特征在于所述共面波导金属馈线采用梯形渐进结构的共面波导金属馈线。
6.如权利要求1所述一种利用共面波导馈电的四元UWB-MIMO天线，其特征在于所述倒置正五边形结构的中心至正五边形顶点的距离R＝7mm±1mm，金属辐射贴片(21)的顶点与等腰梯形金属地板的距离为S＝0.3mm±0.1mm。
7.如权利要求1所述一种利用共面波导馈电的四元UWB-MIMO天线，其特征在于所述共面波导金属馈线的上底宽度为0.824mm±0.1mm，下底宽度为2mm±0.3mm，与等腰梯形金属地板的距离为0.2mm±0.05mm；等腰梯形金属地板的下底宽度为24±2mm，高为9.5mm±1mm，上底边沿与下底边沿的水平距离为3.5mm±0.5mm。
8.如权利要求1所述一种利用共面波导馈电的四元UWB-MIMO天线，其特征在于所述倒凸形槽状开口谐振器的下边宽度为3.0mm±1mm，倒凸形槽状开口谐振器上边宽度为5.4mm±1mm，倒凸形槽状开口谐振器两个端口的距离为1.0mm±0.3mm，倒凸形槽状开口谐振器的下边长度为1.9mm±0.5mm，倒凸形槽状开口谐振器的上边长度为3.6mm±1mm，折线段长度为1.3mm±0.5mm；
阶梯阻抗谐振枝节的短枝节长度为5.0mm±1mm，宽度为2.0mm±0.5mm，阶梯阻抗谐振枝节的长枝节长度为12.75mm±2mm，宽度为1.0mm±0.5mm。
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Granted publication date: 20190222 |
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