CN110661094A - 一种共形双陷波mimo超宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种共形双陷波MIMO超宽带天线，包括介质基板、环形接地板和单元天线，所述环形接地板的四侧均开设有缺口，所述单元天线包括馈线和辐射单元，所述馈线分别敷设在四组所述缺口的表侧，所述馈线的侧部与环形接地板之间形成细槽，所述辐射单元包括贴片、第一开口谐振环形槽和第二开口谐振环形槽，所述第一开口谐振环形槽和第二开口谐振环形槽由贴片的中心向外依次设置，四组所述馈线均分别与贴片相连，所述环形接地板内侧的四个拐角均通过内切圆圆滑处理形成倒角部。本发明简便地实现共形设计，保证相邻端口较高的隔离度，实现双陷波特性，有效抑制WiMAX和WLAN频段的信号干扰。

Description

一种共形双陷波MIMO超宽带天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体为一种共形双陷波MIMO超宽带天线。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，超宽带通信成为了研究热门，它具有通信容量大、数据速率高、成本低等优点，但也存在多径衰落和可靠性差的缺点，为了解决这些问题，需要采用多输入多输出(MIMO)技术，MIMO技术和超宽带技术的结合具有重要意义，它不仅可以提高数据传输速率、通信质量和容量，而且可以抑制多径效应，因此，应用于系统中的MIMO超宽带天线成为了研究热门。
文献《Lili Wang,Zhonghong Du,Hailong Yang,et al.Compact UWB MIMOantenna with high isolation using fence-type decoupling structure[J].IEEEAntennas and Wireless Propagation Letters,2019,18(8):1641-1645.》提出了一种采用新型栅栏式解耦结构的MIMO超宽带天线，该结构在超宽带频段具有较高的隔离度。MIMO的设计由两个半切割的超宽带单元天线组成，由于在辐射贴片上使用了矩形槽，因此具有良好的低频阻抗匹配性能，同时，在天线地板引入栅栏式解耦结构，提高了工作频段的隔离度，然而，目前提出的MIMO超宽带天线，多为平面天线，无法与火箭、卫星、导弹和各种飞行器等进行共形设计，而且目前设计的MIMO超宽带天线多为二端口天线，分集性能较弱，此外，在超宽带的工作频段内，还存在WiMAX(全球互通微波访问)和WLAN(无线局域网)等窄带信号，窄带系统与超宽带系统之间会产生干扰。
授权公告号为CN106816705B，名称为“一种具有双陷波结构的UWB-MIMO天线”的专利，虽然实现了双陷波特性，有效抑制窄带系统和超宽带系统之间的相互干扰，但是天线不能进行共形设计，并且为二端口天线，分集性能较弱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共形双陷波MIMO超宽带天线，通过采用介电常数2.2的Rogers5880介质板材料实现柔性结构，可用于与导弹、飞行器等的共形设计，增强分集性能，通过设计小尺寸的环形地板结构，并且在环内部的四个直角处进行圆滑处理，保证相邻端口较高的隔离度，通过在四个辐射单元的贴片上分别开设两个开口谐振环形槽，实现双陷波特性，有效抑制WiMAX和WLAN频段的信号干扰，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种共形双陷波MIMO超宽带天线，包括介质基板、环形接地板和单元天线，所述环形接地板和单元天线均通过在介质基板的侧面敷铜获得，所述环形接地板的四侧均开设有缺口，所述单元天线包括馈线和辐射单元，所述馈线分别敷设在四组所述缺口的表侧，所述馈线的侧部与环形接地板之间形成细槽，所述辐射单元包括贴片、第一开口谐振环形槽和第二开口谐振环形槽，所述第一开口谐振环形槽和第二开口谐振环形槽由贴片的中心向外依次设置，四组所述馈线均分别与贴片相连，所述环形接地板内侧的四个拐角均通过内切圆圆滑处理形成倒角部。
优选的，所述介质基板的材料为介电常数2.2的Rogers5880，所述介质基板的尺寸为50mm×50mm×0.787mm，所述介质基板的介质损耗正切角为0.09％。
优选的，所述环形接地板为方环形设置，所述环形接地板侧边壁的宽度为8mm-10mm。
优选的，所述单元天线和辐射单元均设置有四组，四组所述单元天线和四组所述辐射单元均排列在介质基板四个方向的中间位置，四组所述单元天线和四组所述辐射单元均沿着馈线向贴片的方向都指向介质基板的中心。
优选的，所述第一开口谐振环形槽和第二开口谐振环形槽均为矩形开口谐振环形槽，所述第一开口谐振环形槽的长度小于第二开口谐振环形槽的长度2mm-3mm，所述第一开口谐振环形槽的宽度大于第二开口谐振环形槽的宽度1mm-2mm。
优选的，所述环形接地板、馈线和贴片处于介质基板的同一侧壁。
优选的，四组所述单元天线的馈线与环形接地板四个侧壁分别构成第一端口、第二端口、第三端口和第四端口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明介质基板的尺寸为50mm×50mm×0.787mm，天线的整体尺寸小，能够广泛地应用在便携式通信系统中；
2.本发明介质基板的材料为介电常数2.2的Rogers5880，具有良好的柔性，能够与多种飞行器、导弹等进行共形设计，通过将单元天线设置四组，分集特性进一步提高；
3.本发明采用宽度较小的环形接地板，减小了由近场引起的耦合，提高隔离度,通过在环形接地板内侧的四个拐角设置光滑的倒角部，进一步地提高隔离度；
4.本发明通过在四个辐射单元的贴片上分别开设第一开口谐振环形槽和第二开口谐振环形槽，利用第一开口谐振环形槽实现WLAN频段的陷波，利用第二开口谐振环形槽实现WiMAX频段的陷波，进而达到双陷波目的，有效抑制WiMAX和WLAN频段的信号干扰。
附图说明
图1为本发明一种共形双陷波MIMO超宽带天线的轴测图；
图2为本发明一种共形双陷波MIMO超宽带天线的介质基板的轴测图；
图3为本发明一种共形双陷波MIMO超宽带天线的环形接地板的轴测图；
图4为本发明一种共形双陷波MIMO超宽带天线的单元天线的侧视示意图；
图5为本发明一种共形双陷波MIMO超宽带天线的辐射单元的侧视示意图；
图6为本发明一种共形双陷波MIMO超宽带天线的各端口分布图；
图7为本发明一种共形双陷波MIMO超宽带天线的S11、S21、S31和S24仿真图。
图中：1、介质基板；2、环形接地板；3、单元天线；4、缺口；5、馈线；6、贴片；7、细槽；8、第一开口谐振环形槽；9、第二开口谐振环形槽；10、辐射单元；11、倒角部；12、第一端口；13、第二端口；14、第三端口；15、第四端口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、图2和图3，本发明提供一种技术方案：一种共形双陷波MIMO超宽带天线，包括介质基板1、环形接地板2和单元天线3，介质基板1的材料为介电常数2.2的Rogers5880，具有良好的柔性，能够与多种飞行器、导弹等进行共形设计，环形接地板2、馈线5和贴片6处于介质基板1的同一侧壁，介质基板1的尺寸为50mm×50mm×0.787mm，天线的整体尺寸小，能够广泛地应用在便携式通信系统中，介质基板1的介质损耗正切角为0.09％，环形接地板2和单元天线3均通过在介质基板1的侧面敷铜获得，环形接地板2为方环形设置，环形接地板2侧边壁的宽度为8mm-10mm，环形接地板2的尺寸较小，更好地提高隔离度，环形接地板2的四侧均开设有缺口4，介质基板1的另一面未敷铜，实现共面波导馈电，且生产加工方便；
请参阅图1、图3、图4和图5，单元天线3包括馈线5和辐射单元10，馈线5分别敷设在四组缺口4的表侧，馈线5的侧部与环形接地板2之间形成细槽7，辐射单元10包括贴片6、第一开口谐振环形槽8和第二开口谐振环形槽9，第一开口谐振环形槽8和第二开口谐振环形槽9由贴片6的中心向外依次设置，四组馈线5均分别与贴片6相连，第一开口谐振环形槽8和第二开口谐振环形槽9均为矩形开口谐振环形槽，第一开口谐振环形槽8的长度小于第二开口谐振环形槽9的长度2mm-3mm，第一开口谐振环形槽8的宽度大于第二开口谐振环形槽9的宽度1mm-2mm，利用第一开口谐振环形槽实现WLAN频段的陷波，利用第二开口谐振环形槽实现WiMAX频段的陷波，进而达到双陷波目的，有效抑制WiMAX和WLAN频段的信号干扰，环形接地板2内侧的四个拐角均通过内切圆圆滑处理形成倒角部11，单元天线3和辐射单元10均设置有四组，四组单元天线3和四组辐射单元10都均匀地排列在介质基板1四个方向的中间位置，四组单元天线3和四组辐射单元10均沿着馈线5向贴片6的方向都指向介质基板1的中心，采用四组单元天线3，使得分集特性进一步提高。
请参阅图6和图7，四组单元天线3的馈线5与环形接地板2四个侧壁分别构成第一端口12、第二端口13、第三端口14和第四端口15，S11表示第一端口输入反射系数仿真曲线，S21表示第二端口和第一端口的隔离度参数仿真曲线，S31表示第三端口和第一端口的隔离度参数仿真曲线，S24表示第二端口和第四端口的隔离度参数仿真曲线，在3.1-10.6GHz的频带范围内，天线的S11在3.1-4.2GHz和5.1-5.9GHz大于-10dB，其余均小于-10dB，表明实例天线在超宽带频段内能正常工作，并且实现了3.1-4.2GHz和5.1-5.9GHz的陷波，其中第二开口谐振环形槽9实现了3.1-4.2GHz的陷波，第一开口谐振环形槽8实现了5.1-5.9GHz的陷波，从天线的S21、S31和S24可知，在2-12GHz内，四个单元天线之间的隔离度较好，均小于-15dB，所设计的天线，在超宽带频段内实现了WiMAX和WLAN两个频段的陷波，并且在整个工作频段内具有良好的隔离度，能够与飞行器、导弹等进行共形设计。
结构原理：使用时，采用共面波导馈电运行，介质基板1的尺寸为50mm×50mm×0.787mm，天线的整体尺寸小，能够广泛地应用在便携式通信系统中，介质基板1的材料为介电常数2.2的Rogers5880，具有良好的柔性，能够与多种飞行器、导弹等进行共形设计，通过将单元天线3设置四组，分集特性进一步提高；
通过将环形接地板2设置成方环形接地板，减小了由近场引起的耦合，提高隔离度,通过在环形接地板2内侧的四个拐角设置光滑的倒角部11，进一步地提高隔离度，通过在四个辐射单元10的贴片6上分别开设第一开口谐振环形槽8和第二开口谐振环形槽9，利用第一开口谐振环形槽8实现WLAN频段的陷波，利用第二开口谐振环形槽9实现WiMAX频段的陷波，进而达到双陷波目的，有效抑制WiMAX和WLAN频段的信号干扰。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种共形双陷波MIMO超宽带天线，包括介质基板(1)、环形接地板(2)和单元天线(3)，所述环形接地板(2)和单元天线(3)均通过在介质基板(1)的侧面敷铜获得，所述环形接地板(2)的四侧均开设有缺口(4)，所述单元天线(3)包括馈线(5)和辐射单元(10)，所述馈线(5)分别敷设在四组所述缺口(4)的表侧，所述馈线(5)的侧部与环形接地板(2)之间形成细槽(7)，所述辐射单元(10)包括贴片(6)、第一开口谐振环形槽(8)和第二开口谐振环形槽(9)，所述第一开口谐振环形槽(8)和第二开口谐振环形槽(9)由贴片(6)的中心向外依次设置，四组所述馈线(5)均分别与贴片(6)相连，所述环形接地板(2)内侧的四个拐角均通过内切圆圆滑处理形成倒角部(11)。
2.根据权利要求1所述的一种共形双陷波MIMO超宽带天线，其特征在于：所述介质基板(1)的材料为介电常数2.2的Rogers5880，所述介质基板(1)的尺寸为50mm×50mm×0.787mm，所述介质基板(1)的介质损耗正切角为0.09％。
3.根据权利要求1所述的一种共形双陷波MIMO超宽带天线，其特征在于：所述环形接地板(2)为方环形设置，所述环形接地板(2)侧边壁的宽度为5mm-10mm。
4.根据权利要求1所述的一种共形双陷波MIMO超宽带天线，其特征在于：所述单元天线(3)和辐射单元(10)均设置有四组，四组所述单元天线(3)和四组所述辐射单元(10)都均匀地排列在介质基板(1)四个方向的中间位置，四组所述单元天线(3)和四组所述辐射单元(10)均沿着馈线(5)向贴片(6)的方向都指向介质基板(1)的中心。
5.根据权利要求1所述的一种共形双陷波MIMO超宽带天线，其特征在于：所述第一开口谐振环形槽(8)和第二开口谐振环形槽(9)均为矩形开口谐振环形槽，所述第一开口谐振环形槽(8)的长度小于第二开口谐振环形槽(9)的长度2mm-3mm，所述第一开口谐振环形槽(8)的宽度大于第二开口谐振环形槽(9)的宽度1mm-2mm。
6.根据权利要求1所述的一种共形双陷波MIMO超宽带天线，其特征在于：所述环形接地板(2)、馈线(5)和贴片(6)处于介质基板(1)的同一侧面。
7.根据权利要求1所述的一种共形双陷波MIMO超宽带天线，其特征在于：四组所述单元天线(3)的馈线(5)与环形接地板(2)四个侧壁分别构成第一端口(12)、第二端口(13)、第三端口(14)和第四端口(15)。
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