CN111293434A - 5g双频二元mimo天线 - Google Patents

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杜成珠
赵卓琳
靳高雅
郑炜晴
徐家铭
李凯佳
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Shanghai University of Electric Power
Shanghai Electric Power University
University of Shanghai for Science and Technology
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Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种5G双频二元MIMO天线，用于提高5G信号的输入以及输出强度。一种5G双频二元MIMO天线包括：介质板；两个结构完全相同的双频单极子辐射单元，安装在所述介质板上，两个双频单极子辐射单元用于产生5G的低频信号以及高频信号；以及隔离枝节，安装在介质板上，且位于两个双频单极子辐射单元之间，隔离枝节用于对两个双频单极子辐射单元进行解耦，其中，两个双频单极子辐射单元通过非对称共面带馈电方式进行馈电。本发明提供的一种5G双频二元MIMO天线，不但可以保持天线之间的不相互影响，而且还能应用在小型化移动终端设备。

Description

5G双频二元MIMO天线
技术领域
本发明实施例涉及通信领域，尤其涉及一种5G双频二元MIMO天线。
背景技术
当前，MIMO技术以其独特的优势得到了广泛的关注。该技术在系统的发射端和接收端分别使用多个天线，充分利用空间资源使信号利用多个天线进行多发多收，在不增加额外的发射功率和频谱资源的前提下信道容量得到大幅度提升，无线通信质量可以得到很大改善。在采用MIMO技术获取较高信道容量的同时也会有一定的难点，最大的难点就在于多天线的设计。需要重点考虑天线元及其数量这两个参数，当把数目较多的天线放置在移动通信的基站端时，由于设备体积因素的限制较小，因此不会影响天线实际应用。但是对于小型化的移动终端设备来说，放入多个天线并使天线性能保持良好是一个棘手的问题，因此移动终端天线的设计过程中的两大难点就是天线单元间距和数目。
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，比如极化分集技术、中和线技术、地板枝节、寄生单元、去耦网络、缺陷地结构以及超材料技术，但是仍无法将天线应用在小型化移动终端设备上。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种5G双频二元MIMO天线，不但可以保持天线之间的不相互影响，而且还能应用在小型化移动终端设备。
本发明实施例提供一种5G双频二元MIMO天线，用于提高5G信号的输入以及输出强度。一种5G双频二元MIMO天线包括：介质板；两个结构完全相同的双频单极子辐射单元，安装在所述介质板上，两个双频单极子辐射单元用于产生5G的低频信号以及高频信号；以及隔离枝节，安装在介质板上，且位于两个双频单极子辐射单元之间，隔离枝节用于对两个双频单极子辐射单元进行解耦，其中，两个双频单极子辐射单元通过非对称共面带馈电方式进行馈电。
在本发明提供的5G双频二元MIMO天线中，还可以具有这样的特征：其中，两个双频单极子辐射单元的极化方向相互垂直。
在本发明提供的5G双频二元MIMO天线中，还可以具有这样的特征：其中，两个双频单极子辐射单元为F型单极子天线。
在本发明提供的5G双频二元MIMO天线中，还可以具有这样的特征：其中，隔离枝节两端的外形呈Y型。
在本发明提供的5G双频二元MIMO天线中，还可以具有这样的特征：其中，介质板呈正方形，其边长为40mm-60mm，隔离枝节的长度方向与介质板其中一个对角线的方向相重合。
在本发明提供的5G双频二元MIMO天线中，还可以具有这样的特征：其中，介质板上具有两个倒角，倒角位于对角线的两端。
在本发明提供的5G双频二元MIMO天线中，还可以具有这样的特征：其中，介质板为FR4基板。
发明的作用与效果
根据本发明提供的一种5G双频二元MIMO天线，因为具有介质板、两个双频单极子辐射单元以及隔离枝节，其中，安装在介质板上的双频单极子辐射单元能够产生5G的低频信号和高频信号，同时两个双频单极子辐射单元采用非对称共面带馈电方式进行馈电，隔离枝节能够对双频单极子辐射单元进行解耦，所以能够使天线之间的不相互影响，并能应用在小型化移动终端设备。
附图说明
图1为本发明实施例中的5G双频二元MIMO天线的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中的5G双频二元MIMO天线的仿真示意图；以及
图3为本发明实施例中的5G双频二元MIMO天线的隔离度仿真示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
<实施例>
图1为本发明实施例中的5G双频二元MIMO天线的整体结构示意图。
如图1所示，本实施例提供的5G双频二元MIMO天线100包括：介质板1、两个双频单极子辐射单元2和3以及隔离枝节4。
介质板1是长50mm的正方形FR4基板，在介质板1上具有两个三角形倒角，两个倒角在介质板其中一条对角线的两端。
两个双频单极子辐射单元2和3为F型单极子天线，其通过焊接的方式安装在介质板1上。其中双频单极子辐射单元2的极化方向朝向介质板1的左侧，双频单极子辐射单元3的极化方向朝向介质板1的上侧。
通过上述安装的方式，使双频单极子辐射单元2与双频单极子辐射单元3采用非对称共面馈电(asymmetric coplanar strip英文缩写ACS)方式进行馈电、以及极化方向相垂直。
隔离枝节4的两端呈Y型。隔离枝节4通过焊接的方式安装介质板1上，隔离枝节的4长度方向与介质板1其中一个对角线的方向相重合、且位于双频单极子辐射单元2与双频单极子辐射单元3之间。通过调节隔离枝节4的尺寸以及放置的位置，尤其是枝节总体的长度，可以有效提高天线在工作频段内的隔离度。因此，在本实施例中不对隔离枝节4的尺寸进行限制。
5G双频二元MIMO天线通过利用双频单极子辐射单元的1/4波长辐射对5G的低频和高频信号进行处理。并且双频单极子辐射单元2的极化方向与双频单极子辐射单元3的极化方向正交，实现了两个双频单极子辐射单元之间的解耦。但仅仅采用垂直放置并不能达到实际使用要求，所以在此基础上在双频单极子辐射单元2与双频单极子辐射单元3之间加入Y型隔离枝节。一方面能够改善天线单元的阻抗匹配，展宽频带；另一方面，能够将空间辐射波耦合到Y型枝节上，降低空间辐射波对天线单元的影响，很大程度的降低了天线单元之间的影响。
图2为本发明实施例中的5G双频二元MIMO天线的仿真示意图。
从图2的HFSS仿真结果看来，5G所要求的3.3-3.6GHz以及4.8GHz-5.0GHz频段内S11<-10Db，这说明天线的在工作频段内的阻抗匹配达到了要求。而且，在图中可以看到，在高频处S11<-10DB所满足的频率范围远远大于5G所需的频段范围(5-6GHz)，已经能够覆盖WiMAX/WLAN的高频工作频段，因此具有更广泛的利用价值。
图3为本发明实施例中5G双频二元MIMO天线的隔离度仿真示意图。
图3呈现的是2GHz-6GHz内未采用任何降耦措施和加入隔离枝节，改进ACS馈电方式隔离度S12随频率的变化比较，能够一目了然的看出隔离度在采取上述措施之后得到了大大的提高，并且在工作频段内S12<-20DB，实现了天线之间的高隔离度。
实施例的作用与效果
根据本实施例提供的一种5G双频二元MIMO天线，因为具有介质板、两个双频单极子辐射单元以及隔离枝节，其中，安装在介质板上的双频单极子辐射单元能够产生5G的低频信号和高频信号，同时两个双频单极子辐射单元采用非对称共面带馈电方式进行馈电，隔离枝节能够对双频单极子辐射单元进行解耦，所以能够使天线之间的不相互影响，并能应用在小型化移动终端设备。
根据本实施例提供的一种5G双频二元MIMO天线，因为采用非对称共面带馈电方式进行馈电，所以可以实现与其他微波器件的串联或者并联连接，而不必在基片上钻孔，进而可以实现电路的小型化和信号的完整性；而且，CPW的辐射损耗也相对较小，可以提高天线的极化纯度和工作效率。
进一步，因为两个双频单极子辐射单元的极化方向相互垂直，所以能够对两个双频单极子辐射单元进行解耦，从而对改善天线单元的阻抗匹配、展宽频带、降低空间辐射波对天线单元的影响。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种5G双频二元MIMO天线，用于提高5G信号的输入以及输出强度，其特征在于，包括：
介质板；
两个结构完全相同的双频单极子辐射单元，安装在所述介质板上，两个所述双频单极子辐射单元用于产生所述5G的低频信号以及高频信号；以及
隔离枝节，安装在所述介质板上，且位于两个所述双频单极子辐射单元之间，所述隔离枝节用于对两个所述双频单极子辐射单元进行解耦，
其中，所述两个双频频单极子辐射单元通过非对称共面带馈电方式进行馈电。
2.根据权利要求1所述的5G双频二元MIMO天线，其特征在于：
其中，两个所述双频单极子辐射单元的极化方向相互垂直。
3.根据权利要求1所述的5G双频二元MIMO天线，其特征在于：
其中，两个所述双频单极子辐射单元为F型单极子天线。
4.根据权利要求1所述的5G双频二元MIMO天线，其特征在于：
其中，所述隔离枝节两端的外形呈Y型。
5.根据权利要求1所述的5G双频二元MIMO天线，其特征在于：
其中，所述介质板呈正方形，其边长为40mm-60mm，所述隔离枝节的长度方向与所述介质板其中一个对角线的方向相重合。
6.根据权利要求5所述的5G双频二元MIMO天线，其特征在于：
其中，所述介质板上设置有两个倒角，所述倒角位于所述对角线的两端。
7.根据权利要求1所述的5G双频二元MIMO天线，其特征在于：
其中，所述介质板为FR4基板。
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