CN111082210A - 定向双频双极化mimo天线及智能设备 - Google Patents

定向双频双极化mimo天线及智能设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种定向双频双极化MIMO天线及智能设备，定向双频双极化MIMO天线包括基板和接地板，基板设置有方形金属贴片，接地板与基板并排设置并通过支撑柱相互连接，方形金属贴片上设置有多个不规则U形，多个不规则U形槽的开口朝向方形金属贴片的中部，不规则U形槽内为净空区，不规则U形槽包括依次呈U形连接的第一段、第二段及第三段，第一段的长度大于第三段的长度。本发明用于解决微带贴片天线工作频带单一的技术问题。

Description

定向双频双极化MIMO天线及智能设备
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及定向双频双极化MIMO天线及智能设备。
背景技术
近年来，随着无线通信的发展，无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)这一通信技术被广泛应用，工作于WLAN频段的天线也引起了人们的广泛研究。并且随着通信系统日渐复杂，针对应用的场合的改变，天线的种类也越来越多。微带贴片天线是其中较为特殊的一种，当微带贴片天线的辐射单元为方形时，天线仅工作在一个频段，且带宽较窄。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种定向双频双极化MIMO天线，旨在解决现有的微带贴片天线的辐射单元为方形时工作频带单一的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种定向双频双极化MIMO天线，所述定向双频双极化MIMO天线包括：
基板，设置有方形金属贴片；
接地板，与所述基板并排设置并通过支撑柱相互连接；
所述方形金属贴片上设置有多个不规则U形槽，多个不规则U形槽的开口朝向所述方形金属贴片的中部，，所述不规则U形槽内为净空区，所述不规则U形槽包括依次呈U形连接的第一段、第二段及第三段，所述第一段的长度大于所述第三段的长度。
可选地，所述不规则U形槽的数量为四个，且分设于所述方形金属贴片的四个板边，四个所述不规则U形槽两两相对，且关于所述方形金属贴片的中心对称。
可选地，所述方形金属贴片其四边长度均为48mm。
可选地，所述基板设置有第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电点以及所述第二馈电点分别与所述方形金属贴片连接。
可选地，所述第一馈电点以及所述第二馈电点设置有矩形缝隙，所述矩形缝隙为净空区。
可选地，所述第一馈电点以及所述第二馈电点均距离所述方形金属贴片的中心位置16～18mm。
可选地，所述不规则U形槽距离方形金属贴片的中心位置4mm，所述不规则U形槽的长边长度为13mm，所述不规则U形槽的短边长度为5mm，所述不规则U形槽的U形槽宽度为0.4mm。
可选地，所述方形金属贴片和所述接地板之间的距离为4.5～6.5mm。
可选地，所述方形金属贴片和所述接地板之间的距离6mm。
为实现上述目的，本发明还提出一种智能设备，包括如上所述的定向双频双极化MIMO天线。
本发明提出一种定向双频双极化MIMO天线，定向双频双极化MIMO天线由基板和接地板构成，其中，方形金属贴片设置于基板上，接地板与基板并排设置并通过支撑柱互相连接，此时，方形金属贴片将整个接地板作为反射板，从而实现了天线定向工作的特性，且能同时增加天线的增益。另外，方形金属贴片上设置有多个不规则U形槽以激发新的工作频段，此时，不规则U形槽激发的新的工作频段作为方形金属贴片的寄生工作频带，从而使得设置有多个不规则U形槽的方形金属贴片可以同时工作在原有频段和不规则U形槽激发的工作频段，多个不规则U形槽的开口朝向所述方形金属贴片的中部，所述不规则U形槽内为净空区，所述不规则U形槽包括依次呈U形连接的第一段、第二段及第三段，所述第一段的长度大于所述第三段的长度，其中，第一段的长度大于所述第三段的长度
可以实现定向双频双极化MIMO天线在多个频段工作，且所述长端和所述短端通过所述连接端固定连接以增强谐振。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明定向双频双极化MIMO天线的结构示意图；
图2为本发明定向双频双极化MIMO天线一实施例的仿真示意图；
图3为本发明定向双频双极化MIMO天线一实施例的仿真示意图；
图4为本发明定向双频双极化MIMO天线一实施例的仿真示意图
图5为本发明定向双频双极化MIMO天线的辐射方向的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种定向双频双极化MIMO天线，用于解决现有贴片天线仅能工作在一个频段的技术问题。
在一实施例中，如图1所示，提出一种定向双频双极化MIMO天线，定向双频双极化MIMO天线由基板10和接地板20构成，其中，方形金属贴片30设置于基板10上，接地板20与基板10并排设置并通过支撑柱相互连接，此时，方形金属贴片30将整个接地板20作为反射板，从而实现了天线定向工作的特性，且能同时增加天线的增益。另外，方形金属贴片30上设置有多个不规则U形槽(401、402、403、404)改变方形金属贴片30上的电流，从而激发新的工作频段，此时，不规则U形槽(401、402、403、404)激发的新的工作频段作为方形金属贴片30的寄生工作频带，从而使得设置有多个不规则U形槽(401、402、403、404)的方形金属贴片30可以同时工作在原有频段和不规则U形槽(401、402、403、404)激发的工作频段。多个不规则U形槽(401、402、403、404)的开口朝向所述方形金属贴片30的中部，不规则U形槽(401、402、403、404)内为净空区，即不规则U形槽为镂空形状，不规则U形槽(401、402、403、404)包括依次呈U形连接的第一段、第二段及第三段，第一段的长度大于第三段的长度，其中，第一段的长度大于所述第三段的长度可以实现定向双频双极化MIMO天线在多个频段工作，且长端和短端通过连接端固定连接以增强谐振。
在一实施例中，不规则U形槽(401、402、403、404)的数量为四个，分设于方形金属贴片30的四个板边，四个不规则U形槽(401、402、403、404)两两相对，且关于所述方形金属贴片30的中心对称。且两两沿方形金属贴片30的中心对称设置。不规则U形槽(401、402、403、404)对称设置，使得MIMO天线有水平极化和垂直极化，从而提高四个不规则U形槽(401、402、403、404)的隔离度，增加天线的接收和发射性能，使得天线在多个方向上均能实现较好的接收和发射效果，有效提高天线增益。
在一实施例中，在天线基于2.5GHz及5.8GHz的工作频段的设计前提下，方形金属贴片30的四边长度均为48mm。从而使得天线的工作频率可以更加接近设计频率。天线可以同时工作在2.5GHz及5.8GHz。
在一实施例中，如图1所示，基板10设置有第一馈电点501和第二馈电点，第一馈电点501以及第二馈电点502分别与方形金属贴片30连接，并分别通过同轴线对其进行馈电。
在上述实施例中，为了更好地减弱外界和内部电磁波对天线工作频段的干扰，可以选用特性阻抗为50Ω的同轴线。
在一实施例中，第一馈电点501和第二馈电点502分别设置于相邻的两个不规则U形槽(401、402、403、404)的U形槽所围成的U形金属部分，并置于U型槽中央。以完善天线的双极化馈电，从而增加天线的接收和发射性能。
在一实施例中，为了增加第一馈电点501以及第二馈电点502之间的隔离度，从而进一步提高天线的传输效率。在第一馈电点501以及第二馈电点502设置有矩形缝隙60，矩形缝隙60为净空区。
在一实施例中，天线的高频频率受馈电点的影响较大，如图所示，谐振频率随着馈电点距离中心位置的距离增大而增大，为了实现更好的阻抗匹配，在天线基于2.5GHz及5.8GHz的工作频段的设计前提下，第一馈电点501以及第二馈电点502均距离方形金属贴片30的中心位置的距离为16～18mm。
其中，当第一馈电点501以及第二馈电点502均距离方形金属贴片30的中心位置的距离为17.5mm时，天线的高频工作点为5.8GHz。
在一实施例中，为了更好的增强谐振，以及增加第一馈电点501以及第二馈电点502之间的隔离度，不规则U形槽(401、402、403、404)距离方形金属贴片30的中心位置的距离为4mm，不规则U形槽(401、402、403、404)的长边长度为13mm，不规则U形槽(401、402、403、404)的短边长度为5mm，不规则U形槽(401、402、403、404)的U形槽宽度为0.4mm。
在一实施例中，为了增加隔离度，支撑柱为塑料柱。
在一实施例中，为了使得天线具有更好的阻抗匹配性能，如图所示，天线的低频频带不会随着方形金属贴片30和接地板20之间的距离改变而改变，而高频频段会随着方形金属贴片30和接地板20之间的距离的增大而使得其谐振频率减小，方形金属贴片30和接地板20之间的距离为4.5～6.5mm。
在一实施例中，方形金属贴片30和接地板20之间的距离6mm，可以在5.8GHz工作频段实现更好的阻抗匹配性能。
基于上述实施例，利用软件对定向双频双极化MIMO天线进行仿真，其测得的性能如下：
在设置不规则U形槽(401、402、403、404)后，对定向双频双极化MIMO天线进行仿真，如图2所示，测试获得仿真数据如下，图中端点m1的频率为2.56GHz，反射系数为-10dB，m3的频率为2.40GHz，反射系数为-10dB，m2的频率为6.00GHz，反射系数为-10dB，m4的频率为5.60GHz，反射系数为-10dB。由以上数据以及结合图2可知，改进后的MIMO天线在2.5GHz及5.8GHz附近，其反射系数在-10dB附近，优于现有天线。
在设置不规则U形槽(401、402、403、404)以及矩形缝隙60后，如图3所示，测试获得仿真数据如下，图中端点m5的频率为2.40GHz，反射系数为-11dB，m6的频率为2.54GHz，反射系数为-10dB，m7的频率为5.67GHz，反射系数为-10dB，m8的频率为6.09GHz，反射系数为-10dB。以上数据以及结合图3可知，改进后的MIMO天线在2.5GHz及5.8GHz附近，其反射系数在-10dB附近，优于现有天线。
第三次检测结果如下，如图4所示，测试获得仿真数据如下，图中端点m10的频率为2.14GHz，传输系数为-20dB，m9的频率为2.54GHz，传输系数为-20dB，m11的频率为5.36GHz，传输系数为-20dB，m12的频率为6.00GHz，传输系数为-20dB。此时是将不规则U形槽(401、402、403、404)的相关参数以及矩形缝隙60的参数以及馈电点的位置均按照上述实施例中的相关参数进行设置后所得的仿真结果，此时，在2.5GHz及5.8GHz附近，其传输系数在-20dB，优于现有天线。且在2.5GHz及5.8GHz的中间的一些频段也有很好的仿真效果，其传输系数也能实现低于-20dB。
如图5所示，为测得的定向双频双极化MIMO天线的辐射方向图(RADIATIONPATTERN)，Phi是xy平面内与x轴夹角，Theta是与z轴夹角，GainPhi是Phi方向的增益，大小就是读出来的数值，方向是圆面法向方向，GainTheta是Theta方向增益，大小就是读出的数值，方向是xy平面内圆的切线方向，GainTotal是总的增益，即是将两个方向进行矢量合成，在图5中曲线701代表圆面法向方向以及xy平面内圆的切线方向的增益进行矢量合成后的总的增益，在图5中曲线702圆面法向方向的增益，在图5中曲线703代表xy平面内圆的切线方向的增益。由图5可以看出，改进后的天线在圆面法向方向的增益最好。
为了解决上述问题，本发明还提出一种智能设备，包括如上的定向双频双极化MIMO天线。
值得注意的是，因为本发明智能设备包含了上述定向双频双极化MIMO天线的全部实施例，因此本发明智能设备具有上述定向双频双极化MIMO天线的所有有益效果，此处不再赘述。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种定向双频双极化MIMO天线，其特征在于，所述定向双频双极化MIMO天线包括：
基板，设置有方形金属贴片；
接地板，与所述基板并排设置并通过支撑柱相互连接；
所述方形金属贴片上设置有多个不规则U形槽，多个不规则U形槽的开口朝向所述方形金属贴片的中部，所述不规则U形槽内为净空区；所述不规则U形槽包括依次呈U形连接的第一段、第二段及第三段，所述第一段的长度大于所述第三段的长度。
2.如权利要求1所述的定向双频双极化MIMO天线，其特征在于，所述不规则U形槽的数量为四个，且分设于所述方形金属贴片的四个板边，四个所述不规则U形槽两两相对，且关于所述方形金属贴片的中心对称。
3.如权利要求2所述的定向双频双极化MIMO天线，其特征在于，所述方形金属贴片其四边长度均为48mm。
4.如权利要求1所述的定向双频双极化MIMO天线，其特征在于，所述基板设置有第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电点以及所述第二馈电点分别与所述方形金属贴片连接。
5.如权利要求3所述的定向双频双极化MIMO天线，其特征在于，所述第一馈电点以及所述第二馈电点设置有矩形缝隙，所述矩形缝隙为净空区。
6.如权利要求4所述的定向双频双极化MIMO天线，其特征在于，所述第一馈电点以及所述第二馈电点均距离所述方形金属贴片的中心位置16～18mm。
7.如权利要求1所述的定向双频双极化MIMO天线，其特征在于，所述不规则U形槽距离方形金属贴片的中心位置4mm，所述不规则U形槽的长边长度为13mm，所述不规则U形槽的短边长度为5mm，所述不规则U形槽的U形槽宽度为0.4mm。
8.如权利要求1所述的定向双频双极化MIMO天线，其特征在于，所述方形金属贴片和所述接地板之间的距离为4.5～6.5mm。
9.如权利要求1所述的定向双频双极化MIMO天线，其特征在于，所述方形金属贴片和所述接地板之间的距离6mm。
10.一种智能设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的定向双频双极化MIMO天线。
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WO2022134249A1 (zh) * 2020-12-24 2022-06-30 深圳市大疆创新科技有限公司 双极化天线组件及单手持控制终端

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