CN107394397A - 一种高隔离度双极化微带型4g lte mimo天线 - Google Patents

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Abstract

一种高隔离度双极化微带型4G LTE MIMO天线，包括两块FR4 PCB板；第一块PCB板是单面板，微带贴片位于该单面板上。第二块PCB板为双面板，该板的一面铺铜，上面有两个互相垂直的H形缝隙；该板的另一面有两个互相垂直的微带线和一个菱形的极化隔离器，该菱形极化隔离器的两端通过过孔与该PCB板另一面的铜箔连接。这两个微带线一端与同轴线连接，另一端位于H形缝隙的投影上，并与其垂直。缝隙位于天线辐射贴片正下方，并靠近其顶部。位于两个微带线中间的菱形极化隔离器用于隔离微带线间的辐射。天线的电气性能好，尺寸小，结构简单，成本低；既可以作为单独的天线使用，也可以作为天线阵的阵元来使用。

Description

一种高隔离度双极化微带型4G LTE MIMO天线
技术领域
本发明涉及一种高隔离度双极化微带型4G LTE MIMO天线。
背景技术
第四代(4G LTE)移动通信正在迅速普及，而第四代移动通信的核心技术是多入多出(MIMO)和正交频分多址(OFDM)。MIMO是在发射端与接收端利用多个天线同时进行通信的技术，可以提高通信系统的通信容量、数据传输速度以及抗多径衰落能力。实现MIMO的天线往往使用多个天线或单个天线具有两个极化，如垂直极化与水平极化、右手圆极化与左手圆极化、±45°线极化等。其中双极化天线既可以在较小的空间(相较于两个独立的天线)实现2x2MIMO，又可获得极化分集增益以及提高频谱的利用效率。因此双极化天线正在受到越来越多的重视。对于双极化天线，极化之间的隔离度是最为重要的参数。
目前提高天线极化隔离度的方法主要有：缝隙馈电的多层微带天线(如中国专利CN201010509758，一种缝隙馈电的高隔离双极化微带天线)，共面角馈微带天线，探针与侧馈混合馈电微带天线，角馈双层微带天线(如中国专利CN201410213379.4，一种改进型角馈高隔离度双极化叠层微带天线)，阵列天线单元(如中国专利CN201410160554.8，双极化阵列天线单元及低剖面高隔离度MIMO天线)等，但这些极化隔离技术分别存在如下问题：
1)结构过于复杂(三层或更多)，天线成本高、不利于商业应用
2)隔离度较低，只能达到25dB左右
3)天线尺寸太大，不适用于小型通信设备
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种高隔离度双极化微带型4G LTE MIMO天线。
本发明采用如下技术方案：
一种高隔离度双极化微带型4G LTE MIMO天线，包括两块FR4PCB板；
其中第一块PCB板是单面板，微带贴片位于所述单面板上。
第二块PCB板为双面板，所述双面板的一面铺铜，上面有两个互相垂直的H形缝隙；所述双面板的另一面有两个互相垂直的微带线和一个菱形的极化隔离器，所述菱形极化隔离器的两端通过过孔与所述双面PCB板另一面的铜箔连接。这两个微带线一端与同轴线连接，另一端位于H形缝隙的投影上，并与所述H形缝隙H中一横的方向垂直。
电磁信号通过所述微带线耦合到H形缝隙，所述H形缝隙再把信号耦合到微带贴片，所述微带贴片完成信号的辐射。当天线接收信号时，则过程相反。
使用H形缝隙的目的是增强缝隙与天线辐射单元间的耦合效率，同时不致缝隙长度太长。缝隙太长，缝隙本身会产生较大的辐射，缝隙的辐射是双向的，这样的天线的后向辐射增大，天线前后比变差。
所述微带线的宽度和长度可以调整，微带线的末端部分主要用于调整天线的匹配。
所述H形缝隙位于天线辐射微带贴片正下方，并靠近其顶部。该种馈电方式类似于角馈方式，但是又有不同，角馈是微带馈线与微带贴片的顶部直接连接，其缺点是微带天线的顶部阻抗较大，微带与其连接后需要阻抗变换才能达到标准的50欧姆阻抗。
所述菱形极化隔离器位于两个微带线中间，用于隔离微带线间的辐射，从而提高天线两个端口间的隔离度，同时，能够改变微带线之间的耦合路径。在距离相同的情况下，微带线间的耦合通常是随着频率的降低而增强，这是由于用波长来量度距离，频率低，波长长，用波长量度的距离更近了，所以一般的隔离度总是这样的：天线在低频端隔离度达不到要求，而高频端已经好于标准要求。而通过使用该隔离器可以使天线在整个频带内的隔离度比较均匀一致。
优化的，所述单面PCB板和双面PCB板是两块厚度为0.8mm的FR4PCB板，两块板间的距离为6mm，双面PCB板和单面PCB板的尺寸分别为66mm*66mm和48mm*48mm。
由于本发明的天线采用菱形极化隔离器以及H形缝隙在微带贴片下方投影的顶部馈电，天线的电气性能好：电压驻波比小于2.0，两个端口间的隔离度高，隔离度大于30dB；采用菱形极化隔离器还可以使天线在整个频带内的隔离度比较均匀一致。另外，天线由两层PCB板构成，尺寸小，结构简单，成本低；而且既可以作为单独的天线使用，也可以作为天线阵的阵元来使用。
附图说明：
附图1是本发明的总体结构示意图；
附图2是双面PCB板的正面结构示意图；
附图3是双面PCB板的反面结构示意图；
附图4是测量的天线电压驻波比和隔离度；
附图5和附图6分别是无极化隔离器和有极化隔离器时天线间的隔离度；
图1至3中，1是单面PCB板，2是单面PCB板上的微带贴片，3是双面PCB板，4是双面PCB板正面的两个互相垂直的H形缝隙，5是双面PCB板反面的两个互相垂直的微带线，6和7分别是微带线的端口，8是菱形极化隔离器；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
图1至图3中，1是单面PCB板，2是单面PCB板上的微带贴片，3是双面PCB板，单面PCB板1和双面PCB板3是两块厚度为0.8mm的FR4 PCB板，两块板间的距离为6mm，双面PCB板3和单面PCB板1的尺寸分别为66mm*66mm和48mm*48mm。
单面PCB1板的单面铜箔就是微带贴片。
4是双面PCB板的正面上的两个互相垂直的H形缝隙，该缝隙通过印刷蚀刻形成，5是双面PCB板的反面上的两个微带馈线，菱形极化隔离器8位于两个微带馈线之间，菱形极化隔离器8的两端通过过孔与双面PCB的另一面铜箔连接。
该4G LTE MIMO天线频率为2.3GHz-2.4GHz。
天线两个端口的电压驻波比在工作频带内小于2.0，两个端口之间的隔离度大于30dB。
附图4至6是相关技术指标。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高隔离度双极化微带型4G LTE MIMO天线，其特征是包括两块FR4 PCB板；
其中第一块PCB板是单面板，微带贴片位于该单面板上；
第二块PCB板为双面板，所述双面板的一面铺铜，上面有两个互相垂直的H形缝隙；所述双面板的另一面有两个互相垂直的微带线和一个菱形的极化隔离器，所述菱形极化隔离器的两端通过过孔与所述双面PCB板另一面的铜箔连接，这两个微带线一端与同轴线连接，另一端位于H形缝隙的投影上，并与所述H形缝隙H中一横的方向垂直。
2.根据权利要求1所述的一种高隔离度双极化微带型4G LTE MIMO天线，其特征是所述H形缝隙位于天线辐射贴片正下方，并靠近其顶部。
3.根据权利要求1所述的一种高隔离度双极化微带型4G LTE MIMO天线，其特征是所述菱形极化隔离器位于两个微带线中间。
4.根据权利要求1所述的一种高隔离度双极化微带型4G LTE MIMO天线，其特征是所述单面PCB板和双面PCB板间的距离为6mm，双面PCB板和单面PCB板的尺寸分别为66mm*66mm和48mm*48mm。
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