CN109755729A - 一种柔性的双阻带超宽带mimo天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线，包括基板、接地板和MIMO天线贴片，所述的接地板和MIMO天线贴片位于基板上，所述的基板为液晶聚合物制成的板材，所述的MIMO天线贴片包括两个结构相同的单元天线，所述的单元天线为U型的超宽带单极子天线，两个单元天线的开口方向相同。与现有技术相比，本发明采用液晶聚合物作为基板，具有热膨胀系数低、成本低廉、损耗较小等优点；MIMO结构隔离度高；经过在U型的超宽带单极子天线上刻制了两个U型槽，使得在天线的工作频率上添加了用于WiMAX和WLAN的阻带，防止了对已有的无线通信频段出现干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种MIMO天线，尤其是涉及一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线。
背景技术
近几年来，随着现代无线技术的快速发展，可大幅度提升系统容量及频谱和能量效率的第五代移动通信技术(5G)应运而生，并迅速引起了人们的广泛关注，而在这之中最重要的手段之一便是多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术，也被公认为最有发展前景的技术之一。为了能够有效地扩充系统的信道容量，以及改良通信的质量，就需要消除多径效应，而MIMO技术可以通过在收发端引入多天线来解决这一问题。
另外，以人体为中心的无线通信系统成为了第五代移动通信系统的重要组成部分。目前医疗、军事、搜索定位等方面都需要这样的无线通信系统。例如：在医疗方面，向人体内部植入一些仪器，这些仪器可以测得人体的温度、脉搏、心跳等信息，信息测得后，可以通过可穿戴天线将信息发送到监控终端。现在，在以人体为中心的无线通信系统的研究中，有一个很重要的研究方向就是有关可穿戴天线的研究。可穿戴天线，顾名思义就是可以穿戴在身上的天线系统。可穿戴天线可以很方便地完成人与人或者人与机器之间的信息的发送和接收，它对于以人体为中心的无线通信系统而言是一个至关重要的部件，它的重要性是不言而喻的。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线，包括基板、接地板和MIMO天线贴片，所述的接地板和MIMO天线贴片位于基板上，所述的基板为液晶聚合物制成的板材，所述的MIMO天线贴片包括两个结构相同的单元天线，所述的单元天线为U型的超宽带单极子天线，两个单元天线的开口方向相同。
每个单元天线上刻有两条U型槽，作为WiMAX阻带和WLAN阻带。
所述的U型槽宽度不同、弧度相同，内侧的U型槽宽度小于外侧的U型槽。
所述的接地板与MIMO天线贴片分别位于基板的上下表面。
所述的接地板靠近单元天线的弧形部分。
所述的接地板上设有两个矩形凸起，分别靠近两个单元天线的弧形顶端，所述的矩形凸起中间开有矩形槽，矩形槽的深度高于矩形凸起的高度。
所述的单元天线连有馈电线，所述的馈电线从单元天线的弧形顶端穿过矩形槽延伸而出，到达天线下边缘处。
所述的接地板上设有T型枝节，所述的T型枝节位于两个单元天线之间，作为两个单元天线的隔离结构。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)基板为液晶聚合物制成的板材，液晶高分子聚合物(LCP)作为一种新型的柔性材料，热膨胀系数低、成本低廉、损耗较小，而且LCP的介电常数在足够宽的频率范围内都十分地稳定，有利于低成本、高性能、小尺寸的器件的设计，尤其是在可穿戴领域，液晶聚合物拥有极好的柔韧性，可以随意弯曲，覆在载体表面，有极好的发展前景。
(2)MIMO天线贴片包含两个结构相同的单元天线，基本辐射单元为U型的超宽带单极子天线，是在半圆形单极子天线的基础上变形得到的，通过去除其中心部分，半圆形外围代替了完整的半圆贴片，并且在半圆环形贴片的两侧顶部添加了两条矩形贴片，辐射贴片的周长通过这一步的变形而得到了延长，增大了在贴片外围的辐射电流路径。
(3)每个单元天线上刻有两条U型槽，作为WiMAX阻带和WLAN阻带，对其他已有的无线通信频段不产生干扰。
(4)接地板上设有两个矩形凸起，分别靠近两个单元天线的弧形顶端，矩形凸起中间开有矩形槽，可以改善天线的匹配特性、拓展工作带宽。
(5)在两个单元天线中间，引入了一条T型地板枝节作为隔离结构，减小了由近场引起的耦合，进而提高了天线的隔离度。
附图说明
图1为本实施例天线结构示意图；
图2为本实施例天线的S11仿真结果；
图3为本实施例天线的隔离度仿真结果。
附图标记：
1为接地板；2为单元天线；3为U型槽；4为矩形凸起；5为T型枝节；6为馈电线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线，包括基板、接地板和MIMO天线贴片，接地板和MIMO天线贴片位于基板上，基板为液晶聚合物制成的板材，MIMO天线贴片包括两个结构相同的单元天线，单元天线为U型的超宽带单极子天线，两个单元天线的开口方向相同。
每个单元天线上刻有两条U型槽，作为WiMAX阻带和WLAN阻带，U型槽宽度不同、弧度相同，内侧的U型槽宽度小于外侧的U型槽。
接地板与MIMO天线贴片分别位于基板的上下表面。
接地板靠近单元天线的弧形部分，接地板上设有两个矩形凸起，分别靠近两个单元天线的弧形顶端，矩形凸起中间开有矩形槽，矩形槽的深度高于矩形凸起的高度。接地板上设有T型枝节，T型枝节位于两个单元天线之间，作为两个单元天线的隔离结构。
单元天线连有馈电线，馈电线从单元天线的弧形顶端穿过矩形槽延伸而出，到达天线下边缘处。
以下为本实施例的改进部分介绍：
(1)柔性材料
天线的介质基板材料使用了液晶聚合物(LCP)。目前，在微波毫米波电路的领域，液晶高分子聚合物(LCP)作为一种新型的柔性基板材料，拥有着优异的使用前景。LCP具有许多优秀的特性，其中包括热膨胀系数低、成本低廉、损耗较小等优点，而且LCP的介电常数在足够宽的频率范围内都十分地稳定，这让LCP在低成本、高性能、小尺寸的器件设计中成为最佳选择。
尤其是在可穿戴领域，液晶聚合物(LCP)材料作为一种柔性材料，拥有极好的柔韧性，可以随意弯曲，覆在载体表面，因此有着极好和发展前景。
(2)MIMO结构
对于MIMO天线，如果在接收端和发射端的天线相关性过高，就会对MIMO系统的性能造成恶化，因此，足够高的隔离度是天线单元之间应该具有的必要条件。随着MIMO技术的广泛应用，许多能够改善隔离度的方法被大量研究，比如中和线技术、地板枝节、寄生单元、缺陷地结构以及超材料技术。
本实施例在单元天线之间加入了一条T型的地板枝节作为隔离结构，一方面，该地板枝节可以改变地板表面电流的分布从而改善端口的阻抗匹配；另外一方面，可以将其看作反射板来减小天线之间的近场耦合。因此可以将天线的几乎所有工作频段的隔离度都降到-15dB以下。
(3)双阻带性能
首先，对于未加阻带的超宽带MIMO天线，图2仿真结果显示，该天线覆盖在2-10.62GHz。而经过在U型的超宽带单极子天线上刻制了两个U型槽，使得在天线的工作频率上添加了用于WiMAX和WLAN的阻带，防止了对已有的无线通信频段出现干扰。
图2为天线的S11仿真结果，可看出用于WiMAX(3.4-3.6GHz)和WLAN(5.15-5.825GHz)的阻带。图3为天线的隔离度仿真结果。如果在接收端和发射端的天线相关性过高，就会对MIMO系统的性能造成恶化，因此，足够高的隔离度是天线单元之间应该具有的必要条件。
Claims (8)
1.一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线，包括基板、接地板和MIMO天线贴片，所述的接地板和MIMO天线贴片位于基板上，其特征在于，所述的基板为液晶聚合物制成的板材，所述的MIMO天线贴片包括两个结构相同的单元天线，所述的单元天线为U型的超宽带单极子天线，两个单元天线的开口方向相同。
2.根据权利要求1所述的一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线，其特征在于，每个单元天线上刻有两条U型槽，作为WiMAX阻带和WLAN阻带。
3.根据权利要求2所述的一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线，其特征在于，所述的U型槽宽度不同、弧度相同，内侧的U型槽宽度小于外侧的U型槽。
4.根据权利要求1所述的一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线，其特征在于，所述的接地板与MIMO天线贴片分别位于基板的上下表面。
5.根据权利要求1所述的一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线，其特征在于，所述的接地板靠近单元天线的弧形部分。
6.根据权利要求1所述的一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线，其特征在于，所述的接地板上设有两个矩形凸起，分别靠近两个单元天线的弧形顶端，所述的矩形凸起中间开有矩形槽，矩形槽的深度高于矩形凸起的高度。
7.根据权利要求6所述的一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线，其特征在于，所述的单元天线连有馈电线，所述的馈电线从单元天线的弧形顶端穿过矩形槽延伸而出，到达天线下边缘处。
8.根据权利要求1所述的一种柔性的双阻带超宽带MIMO天线，其特征在于，所述的接地板上设有T型枝节，所述的T型枝节位于两个单元天线之间，作为两个单元天线的隔离结构。
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