CN109428148A - Mimo天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MIMO天线，MIMO天线包括：主反射器；导电支架，导电支架固定在主反射器上；非导电支架，非导电支架固定在导电支架上；第一对振子，第一对振子关于MIMO天线的中轴线对称设置，第一对振子中的一个固定在导电支架上且另一个固定在非导电支架上；第二对振子，第二对振子关于MIMO天线的中轴线对称设置，第二对振子中的一个固定在导电支架上且另一个固定在非导电支架上，第一对振子之间的连线和第二对振子之间的连线垂直，第一对振子和第二对振子之间存在轴向的高度差。由此，通过设置轴向间隔开的两对振子，MIMO天线性能指标高，在工作频率范围内，可轻易实现。

Description

MIMO天线
技术领域
本发明涉及一种MIMO天线。
背景技术
相关技术中，短背射天线一般采用对称振子的结构作为馈源使用，但是如此的短背射天线相对工作带宽只有约为10％，带宽偏窄，对于实际运用，如5.15G-5.85G频段，就无法完全覆盖，带宽不足。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种MIMO天线，该MIMO天线具有超宽带宽，而且结构简单。
根据本发明的MIMO天线，包括：主反射器；导电支架，所述导电支架固定在所述主反射器上；非导电支架，所述非导电支架固定在所述导电支架上；第一对振子，所述第一对振子关于所述MIMO天线的中轴线对称设置，所述第一对振子中的一个固定在所述导电支架上且另一个固定在所述非导电支架上；第二对振子，所述第二对振子关于所述MIMO天线的中轴线对称设置，所述第二对振子中的一个固定在所述导电支架上且另一个固定在所述非导电支架上，所述第一对振子之间的连线和所述第二对振子之间的连线垂直，所述第一对振子和所述第二对振子之间存在轴向的高度差。
由此，根据本发明实施例的MIMO天线，通过设置轴向间隔开的两对振子，MIMO天线性能指标高，在工作频率范围内，可轻易实现。而且MIMO天线效率90％以上，驻波比<1.6，隔离度<-25dB，天线增益>15.5dBi。
在本发明的一些示例中，所述第一对振子和所述第二对振子中的振子均为水滴状振子。
在本发明的一些示例中，所述第一对振子和所述第二对振子之间的高度差差值为h0，其中h0在λ/50-λ/40之间，λ为所述MIMO天线中心频率所对应的波长。
在本发明的一些示例中，所述主反射器包括：底面、侧面和顶面，所述侧面连接在所述底面和所述顶面之间，所述顶面为圆环面，所述侧面为回转面且母线为曲线或相对轴线倾斜设置的直线。
在本发明的一些示例中，所述第一对振子和所述第二对振子中的一对到所述底面的距离h1满足：λ/3≤h1≤λ/5。
在本发明的一些示例中，所述第一对振子和所述第二对振子中的一对到所述底面的距离h1满足：
在本发明的一些示例中，所述顶面的内径为D，所述侧面的参考抛物面焦距为F，所述MIMO天线的方向角为Q，其中，
在本发明的一些示例中，所述MIMO天线的方向角Q满足：90°≤Q≤110°。
在本发明的一些示例中，在所述主反射器的纵截面上，以横向为X轴且以轴向为Y轴，所述侧面的参考的抛物线函数为：x2＝4F(y+F-h1)。
在本发明的一些示例中，所述侧面和所述顶面的连接处到所述底面的距离a满足：
附图说明
图1和图2分别是根据本发明实施例的MIMO天线的剖视图；
图3是MIMO天线的俯视图；
图4是MIMO天线的回波损耗及隔离度仿真结果示意图；
图5-图12是MIMO天线增益仿真结果示意图；
图13是振子的示意图。
附图标记：
MIMO天线10；
主反射器1；底面11；侧面12；顶面13；
导电支架2；非导电支架3；第一对振子4；第二对振子5；
副反射器6；副反射器支架7；同轴线芯8，外包裹线9。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图12详细描述根据本发明实施例的MIMO天线10。
根据本发明实施例的MIMO天线10可以包括：主反射器1、导电支架2、非导电支架3、第一对振子4和第二对振子5。
其中，如图1和图3所示，主反射器1包括：底面11、侧面12和顶面13，侧面12连接在底面11和顶面13之间，顶面13为圆环面，侧面12为回转面且母线为曲线或相对轴线倾斜设置的直线。可以理解的是，当母线为曲线时，侧面12为抛物线面，当母线为倾斜的直线时，侧面12为锥面。如此设置的主反射器1结构简单，成本低，而且性能好。
导电支架2固定在主反射器1上，非导电支架3固定在导电支架2上。其中，导电支架2可以为金属支架，非导电支架3可以为非金属支架。馈源由两对振子组成，两对振子分别为第一对振子4和第二对振子5，第一对振子4关于MIMO天线10的中轴线对称设置，第一对振子4中的一个振子固定在导电支架2上且另一个振子固定在非导电支架3上，第二对振子5关于MIMO天线10的中轴线对称设置，第二对振子5中的一个振子固定在导电支架2上且另一个振子固定在非导电支架3上，第一对振子4之间的连线和第二对振子5之间的连线垂直，第一对振子4和第二对振子5之间存在轴向的高度差。由此，两对振子可以采用同轴线的方式进行馈电，从而可以区别于传统的同平面的振子，这样可以解决带宽偏窄的技术问题，进而可以使得MIMO天线10性能指标高，在工作频率范围内，可以实现超宽带宽，可以提高天线效率，而且可以有利于实现高隔离度。
具体地，如图13所示，第一对振子4和第二对振子5中的振子均为水滴状振子。其中水滴状振子可以有利于MIMO天线10实现超宽带宽。水滴状振子的外轮廓可以由7个点或者更多点围成的曲线组成，并且可以按照工作频率所对应的波长进行适应调整。其中，振子总长
可选地，如图2所示，第一对振子4和第二对振子5之间的高度差差值为h0，其中h0在λ/50-λ/40之间，λ为MIMO天线10中心频率所对应的波长。通过合理设置两对振子之间高度差差值，可以有利于超高带宽和高天线效率。
根据本发明的一个具体实施例，第一对振子4和第二对振子5中的一对到底面11的距离h1足：λ/3≤h1≤λ/5。具体地，第一对振子4和第二对振子5中的一对到底面11的距离h1满足：其中，由于，h0在λ/50-λ/40之间，第一对振子4和第二对振子5到底面11的距离相差较少，从而可以使得两对振子到主反射面的底面11的距离等于或者接近λ/4，进而可以使得两对振子位置设置适宜，可以使得MIMO天线10结构简单。
可选地，主反射器1的顶面13的内径为D，顶面13内径即MIMO天线10的口径。侧面12的参考抛物面焦距为F，此时侧面12可以为抛物线面或锥面，MIMO天线10的方向角为Q，其中，计算公式为：具体地，MIMO天线10的方向角Q满足：90°≤Q≤110°。
顶面13内径D由MIMO天线10的工作的中心频率f所对应的波长λ计算而来，
其中，把主反射器1的底面11作为坐标原点，在主反射器1的纵截面上，以横向为X轴且以轴向为Y轴，侧面12的参考的抛物线函数为：x2＝4F(y+F-h1)。例如，h1为λ/4时，x2＝4F(y+F-h1)，底面11的半径r对应的关系式为并且侧面12和顶面13的连接处到底面11的距离a满足：
通过上述多个关系式，可以得到MIMO天线10的多个数据，从而可以有利于构建MIMO天线10,。
还有，如图1和图3所示，MIMO天线10还包括：副反射器6和副反射器支架7，所述副反射器6构造为板状结构，副反射器6固定在副反射器支架7上，其中固定方式有多种，例如热熔、粘接等。反射器支架可以为非金属支架。其中，副反射器6与馈源之间的距离可以为λ/4，其直径可以为λ/2。其中馈源即由上述两对振子组成。
另外，如图1所示，MIMO天线10还可以包括：50欧姆同轴线，其中同轴线包括：同轴线芯8和外包裹线9，外包裹线9位于同轴线芯8的外侧，同轴线从主反射器1的底面11穿入，然后外包裹线9与导电支架2焊接固定，同轴线芯8与固定在非导电支架3上的振子连接。
由此，根据本发明实施例的MIMO天线10，通过设置轴向间隔开的两对振子，MIMO天线10性能指标高，在工作频率范围内，可轻易实现。而且MIMO天线10效率90％以上，驻波比<1.6，隔离度<-25dB，天线增益>15.5dBi。
具体地，MIMO天线10覆盖带宽在5G频段Return loss<-9dBi可以达到2GHz以上，从4.5GHz-6.5GHz；Return loss<-6dBi则更宽，天线效率高于95％，驻波比<1.6,隔离度优于-28dB，天线增益>15.7dBi。MIMO天线10覆盖带宽在10G频段Return loss<-6dBi可以达到3GHz以上，从8GHz-11GHz；天线效率高于95％，驻波比<1.6,隔离度优于-27dB，天线增益>15.5dBi。具体数据可以参见图4所示的MIMO天线10的回波损耗及隔离度仿真结果示意图，以及图5-图12所示的MIMO天线10增益仿真结果示意图。
下面提供两个具体数值的实施例。
根据本发明的一个具体实施例，天线口径D取122.2mm，副反射器6半径R1取14.15mm，振子总长度L取22.3mm，两对振子高度差h0取1mm，水平极化振子到主反射器1高度h1取18.15mm，副反射器6到主反射器1高度h2取14.15mm，主反射器1底面11半径r取35.1mm，圆锥面大径到主反射器1的高度a取24.4mm，主反射器1的圆柱面的高度T取4mm。
这种情况下，5.15G-5.85G天线增益可以做到15.7dB以上，最高增益16.4dB，驻波比小于1.6，天线效率大于95％，隔离度优于-28dB。
根据本发明的另一个具体实施例，天线口径D取67.2mm，副反射器6半径R1取8mm，振子总长度L取10mm，两对振子高度差h0取1mm，水平极化振子到主反射器1高度h1取12mm，副反射器6到主反射器1高度h2取8mm，主反射器1底面11半径r取19.3mm，圆锥面大径到主反射器1的高度a取13.4mm，主反射器1的圆柱面的高度T取4mm。
这种情况下，10G频点天线增益可以做到15.5dB，驻波比小于1.6，天线效率大于95％，隔离度优于-27dB。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种MIMO天线，其特征在于，包括：
主反射器；
导电支架，所述导电支架固定在所述主反射器上；
非导电支架，所述非导电支架固定在所述导电支架上；
第一对振子，所述第一对振子关于所述MIMO天线的中轴线对称设置，所述第一对振子中的一个固定在所述导电支架上且另一个固定在所述非导电支架上；
第二对振子，所述第二对振子关于所述MIMO天线的中轴线对称设置，所述第二对振子中的一个固定在所述导电支架上且另一个固定在所述非导电支架上，所述第一对振子之间的连线和所述第二对振子之间的连线垂直，所述第一对振子和所述第二对振子之间存在轴向的高度差。
2.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一对振子和所述第二对振子中的振子均为水滴状振子。
3.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一对振子和所述第二对振子之间的高度差差值为h0，其中h0在λ/50-λ/40之间，λ为所述MIMO天线中心频率所对应的波长。
4.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于，所述主反射器包括：底面、侧面和顶面，所述侧面连接在所述底面和所述顶面之间，所述顶面为圆环面，所述侧面为回转面且母线为曲线或相对轴线倾斜设置的直线。
5.根据权利要求4所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一对振子和所述第二对振子中的一对到所述底面的距离h1满足：λ/3≤h1≤λ/5。
6.根据权利要求5所述的MIMO天线，其特征在于，所述第一对振子和所述第二对振子中的一对到所述底面的距离h1满足：
7.根据权利要求6所述的MIMO天线，其特征在于，所述顶面的内径为D，所述侧面的参考抛物面焦距为F，所述MIMO天线的方向角为Q，其中，
8.根据权利要求7所述的MIMO天线，其特征在于，所述MIMO天线的方向角Q满足：90°≤Q≤110°。
9.根据权利要求7所述的MIMO天线，其特征在于，在所述主反射器的纵截面上，以横向为X轴且以轴向为Y轴，所述侧面的参考的抛物线函数为：x2＝4F(y+F-h1)。
10.根据权利要求9所述的MIMO天线，其特征在于，所述侧面和所述顶面的连接处到所述底面的距离a满足：
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