CN106876922A - 一种阶梯渐进型mimo天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阶梯渐进型MIMO天线，其特征在于，它包括：镜像对称的第一天线单元(A)、第二天单元(B)，矩形介质基板(2)，介于介质基板背面的金属接地板(5),50欧姆馈线(3)，隔离中和线(4)，其中两圆形天线单元位于(A、B)位于介质基板(2)的上表面，并且关于中心轴镜像对称；中和线(4)位于两圆形天线的中间，并且关于中心轴镜像对称。本发明的优点在于：天线结构紧凑，小型化，节省空间；天线带宽较宽，在4GHz-6GHz具有良好的辐射特性；天线单元的隔离程度高，在工作频带内的隔离程度都在-24dB以下，中心频率处的隔离度达到-30dB。

Description

一种阶梯渐进型MIMO天线

技术领域

本发明涉及一种用于无线通信领域的MIMO天线，具体涉及到一种阶梯渐进型MIMO天线。

背景技术

传统的无线通信系统是由一个发射天线和一个接收天线组成的单输入单输出(SISO:Single-Input Single-Output)通信系统。由香农定理的信道容量计算公式可以得知，SISO系统在有噪声的信道中进行可靠通信有一个上限容量。不管采用哪种调制技术、编码类型或者其他方式进行通信传输,只能接近但无法超越香农定理的极限值。然而,随着移动通信技术的迅速发展,消费者对无线通信服务的质量和业务的要求越来越高,稀缺的频谱资源已经成为通信发展的一个瓶颈,而MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出)技术能够在不提高发射功率和增加带宽的前提下,利用多个发射天线和接收天线组成的收发系统来减少信道衰落,并成倍地提高频率利用率和系统容量。

随着用户日渐增长的需求，移动通信的传输也逐渐需要变得更可靠、更高效和更高速。但是目前移动通信系统可利用的频率资源已经变得十分有限和珍贵，因此不能再通过过多的频谱来增加系统的信道容量和可靠性。MIMO技术作为4G通信中的关键技术之一，在信号传输过程中，可以在不牺牲额外的频谱资源的基础上成倍地提高通信系统的信道容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率等。

一个MIMO系统通常包含了空时编解码模块，模数/数模转换模块、调制/解调模块和天线系统。其中天线系统是整个系统的最前端，天线的好坏将直接的影响整个系统性能的好坏。MIMO技术是指是在发射和接收端分别采用多个发射天线和接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。通常来说,信道的多径衰落视为危害的因素，信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO技术对多径效应可以加以利用，将多径衰落信道的有害因素变为有利因素，从而提高整个MIMO系统的抗衰落和噪声性能，因此可以获得巨大的容量。

MIMO天线设计是MIMO通信技术的三大关键技术之一。受到接收机或者发射机尺寸及结构的限制，需要在有限的空间尽可能多地布置天线单元，对天线单元和天线阵列设计提出更高要求。因为天线单元的设计、阵列单元的数目、阵列结构以及排列方式等因素直接影响MIMO信道的空间相关性。如何在有限的空间里使得阵列中各天线单元具有较小的相关性，使得MIMO信道相应矩阵接近满秩，并取得MIMO系统最大容量是MIMO天线设计的难点。

发明内容

本发明的目的在于设计一款适用于MIMO系统的紧凑高隔离的MIMO天线阵列，该天线利用中和线很好的实现了两圆形天线单元的高度隔离，较好的减少了天线单元的互耦特性，使天线的结构更加紧凑、小型化，满足现代MIMO系统的要求。

本发明所采用的技术方案：

一种阶梯渐进型MIMO天线，其特征在于，它包括：镜像对称的第一天线单元(A)、第二天单元(B)，矩形介质基板(2)，50欧姆馈线(3)，隔离中和线(4)，介于介质基板背面的金属接地板(5),其中两渐进圆形天线单元位于(A、B)位于介质基板(2)的上表面，并且关于中心轴镜像对称；中和线(4)位于两圆形天线的中间，并且关于中心轴镜像对称。

所述的一种阶梯渐进型MIMO天线，其特征在于，两镜像对称的天线单元为渐进型，天线上半部分为半圆型，下半部分为阶梯渐进型。

所述的一种阶梯渐进型MIMO天线，其特征在于，在两天线单元的第一阶梯处引入中和线结构，两中和中和线的相交处为一圆环形结构(4)，内圆的圆心和外圆的圆心在同一垂直线上，但两圆心不重合，内圆圆心位于外圆圆心的正上方。

所述的一种阶梯渐进型MIMO天线，其特征在于，金属接地板(5)为部分接地板，接地板的高度和50欧姆馈线的高度相同。

该发明具有以下的特性和优点：

该天线结构简单，天线单元为两圆形的辐射单元，结构紧凑，两天单元的间距较小，可以在不影响性能的前提下使天线更加小型化。

通过中和线可以有效的减少天线单元之间的互耦，使天线之间的隔离度达到-30dB。

可以通过调节中和线圆环的外圆半径和内圆半径的大小，改善天线之间的耦合程度，也可以通过改变内圆圆心的位置改善天的性能。

该天线具有较宽的带宽，天带宽在4GHz-6GHz之间，带宽范围在超宽带带宽(3.1-10.6GHz)内，可以用于超宽带。该天线具有良好的的辐射特性，在中心频率处的回波损耗可以达到-17dB。

附图说明

图1-1是本发明实施实例1的基本结构俯视图；

图1-2是本发明实施实例1的侧视图；

图2-1是本发明实施实例1的天线阵列的基本结构；

图2-2是本发明实施实例1的金属接地板的基本结构；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

本发明的一个实例如图1-1所示，一种阶梯渐进型MIMO天线，它包括：镜像对称的第一天线单元(A)、第二天单元(B)，矩形介质基板(2)，50欧姆馈线(3)，隔离中和线(4)，介于介质基板背面的金属接地板(5),其中两渐进圆形天线单元位于(A、B)位于介质基板(2)的上表面，并且关于中心轴镜像对称；中和线(4)位于两圆形天线的中间，并且关于中心轴镜像对称。

本发明的一个实例如图1-1所示，介质基板(2)是相对介电常数为4.4的FR-4。该介质基板的厚度为0.8mm，宽度为W，长度为L。

如图1-2所示，该天线的辐射单元位于介质基板的上表面，金属接地板位于介质基板的下表面，金属接地板的高度为H。

如图2-1所示，天线的辐射单元为渐进阶梯圆形的微带线，圆的半径为R1，两天线单元关于轴向成镜像对称，天线单元之间的距离为d；50欧姆馈线的下边缘和介质基板的下边缘对齐，馈线的线宽为g。

如图2-1所示，天线的辐射单元为渐进阶梯圆形结构，在圆形辐射金属片的下半圆刻蚀两阶梯结构，阶梯一的上边缘与圆心在同一水平线上，阶梯宽度为W1，高度为L1；阶梯二的宽度为W2，阶梯的高度为L2。

如图2-1所示，中和线的线宽为S2，与50欧姆馈线的距离为S1；中和线中间环形部分外圆的半径为R2，内圆的半径为R3；内圆圆心与外圆圆心位于同一直线上，内圆圆心位于外圆圆心的正上方。

如图2-2所示，金属接地板为部分金属地，其高度为h。

该发明一种阶梯渐进型MIMO天线，设计参数：

介质基板的选择：相对介电常数为4.4的FR4材料，FR4材料具有电绝缘性能稳定、平整度好、表面光滑、无凹坑、厚度公差标准的特点，它的电气性能优良，工作温度较高，本身性能受环境影响小，是常用材料，便于制作和工业生产。介质基板上的多辐射贴片和介质基板下的金属接地板均采用铜材料。

一般来说单极子天线的中心辐射频率大概等于同等面积的圆柱线的辐射频率，设计该天线的中心频率为4.5GHz，根据圆柱线的谐振频率计算公式可以计算得到辐射片的尺寸。

如图1-1，图2-1，图2-2所示，该MIMO天线的具体尺寸为：W＝35mm，L＝33mm，WI＝4.1mm,W2＝3mm,L1＝2mm,L2＝1mm,R1＝5.1mm，R2＝4.5mm，R3＝2.1mm，S1＝1.3mm，S2＝1mm，h＝17mm，g＝1mm，d＝2.2mm，h2＝7.2mm h1＝17mm。

Claims (4)

1.一种阶梯渐进型MIMO天线，其特征在于，它包括：天线阵列(1)镜像对称的第一天线单元(A)、第二天单元(B)，矩形介质基板(2)，50欧姆馈线(3)，隔离中和线(4)，介于介质基板背面的金属接地板(5),其中两渐进圆形天线单元位于(A、B)位于介质基板(2)的上表面，并且关于中心轴镜像对称；中和线(4)位于两圆形天线的中间，并且关于中心轴镜像对称。

2.根据权利要求1所述的一种阶梯渐进型MIMO天线，其特征在于，两镜像对称的天线单元为渐进型，天线上半部分为半圆型，下半部分为阶梯渐进型。

3.根据权利要求1所述的一种阶梯渐进型MIMO天线，其特征在于，在两天线单元的第一阶梯处引入中和线结构，两中和中和线的相交处为一圆环形结构(4)，内圆的圆心和外圆的圆心在同一垂直线上，但两圆心不重合，内圆圆心位于外圆圆心的正上方。

4.根据权利要求1所述的一种阶梯渐进型MIMO天线，其特征在于，金属接地板(5)为部分接地板，接地板的长度和50欧姆馈线的长度相同。