CN111430919B - 一种小型化具有三陷波特性的uwb-mimo天线 - Google Patents

一种小型化具有三陷波特性的uwb-mimo天线 Download PDF

Info

Publication number
CN111430919B
CN111430919B CN202010361074.3A CN202010361074A CN111430919B CN 111430919 B CN111430919 B CN 111430919B CN 202010361074 A CN202010361074 A CN 202010361074A CN 111430919 B CN111430919 B CN 111430919B
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
metal
uwb
feeder line
microstrip feeder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010361074.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111430919A (zh
Inventor
洪劲松
陈执戬
邓焱
李雪飞
周维思
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202010361074.3A priority Critical patent/CN111430919B/zh
Publication of CN111430919A publication Critical patent/CN111430919A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111430919B publication Critical patent/CN111430919B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/321—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors within a radiating element or between connected radiating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种小型化具有三陷波特性的UWB‑MIMO天线，属于天线技术领域。该天线为中心对称结构，包括正方形介质基板，在介质基板上表面设有4个辐射单元、4个电磁带隙结构、4个寄生枝节；在介质基板下表面覆盖有一层金属地板，地板中部设置有一个类菱形凹槽。4个辐射单元以旋转垂直方式放置，可以提高辐射单元之间的隔离度；辐射单元上的一个L形和一个C形槽，可以实现天线在3.3‑3.9GHz和5.1‑5.9GHz的双陷波特性；电磁带隙结构可以实现天线在7.3‑8.5GHz的陷波特性；相邻辐射单元之间的寄生枝节能够抑制辐射贴片之间的相互耦合，从而有效提高辐射单元之间的隔离度。本发明能有效减小现有UWB‑MIMO天线的尺寸，并且还具有三陷波特性、结构紧凑等优点。

Description

一种小型化具有三陷波特性的UWB-MIMO天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及到一种小型化具有三陷波特性的UWB-MIMO天线。
背景技术
UWB(Ultra-Wideband)超宽带技术以其高数据速率、宽带宽等特点得到了大量学者的关注。多输入多输出MIMO(multiple-input-multiple-output)技术通过在发射端和接收端同时使用多个天线在多个信道上传输数据，可以提升信道容量，同时还可以实现分集性能，减小多径效应的影响。所以UWB-MIMO系统广泛应用于短距离，高数据速率的宽带通信中。
随着无线通信的飞速发展，如今便携式消费电子设备和通信设备也朝着小型化和高数据速率方向发展，所以天线也越来越趋向小型化。在UWB-MIMO天线小型化方面，学者们做了大量的研究。现在常使用的方法有：调节辐射贴片的形状尺寸、短路加载技术，添加超材料结构等。
但是天线的尺寸越来越来小，在有限的空间里天线单元之间将会产生强大的电磁耦合，使得通信质量下降。所以在减小天线尺寸的同时，如何降低天线单元之间的耦合度也是至关重要的。同样，这方面的研究也是非常的多。比如：分集技术，缺陷地结构(DefectedGround Structure)和添加寄生枝节结构等。文献(Liu L,Cheung S,Yuk T.Compact MIMOantenna for portable devices in UWB applications[J].IEEE Transactions onAntennas&Propagation,2013,61(8):4257-4264.)中，Liu等人设计了一款基于方向图分集的UWB-MIMO天线，通过将两个平面单极子天线单元垂直放置产生极化分集，提高了天线之间的隔离度。
UWB-MIMO天线工作在3.1～10.6GHz的超宽带频段内，在这个频段范围里存在着很多通信系统频段。所以研究具有陷波特性的超宽带天线是非常有必要的。关于设计超宽带天线陷波的文献有很多，设计的方法主要分为两类：一类是开槽法；另一类是添加寄生单元。在文献(R.Chandel,A.K.Gautam and K.Rambabu,"Tapered Fed Compact UWB MIMO-Diversity Antenna With Dual Band-Notched Characteristics,"in IEEETransactions on Antennas and Propagation,vol.66,no.4,pp.1677-1684,April2018.)中，Richa Chandel等人设计了一款双端口UWB-MIMO天线，天线由两个单极子天线单元构成，通过在辐射贴片上开了两条L型缝隙实现了5.09～5.8GHz和6.3～7.27GHz两个频带的陷波特性。
发明内容
本发明提供了一种具有三陷波特性的小型化UWB-MIMO天线。该天线由微带线馈电，采用4个形状相同的微带馈线和菱形缝隙结构进行辐射，并在微带馈线上设有两个腐蚀的长槽，在微带馈线左边设有EBG结构，这3个结构能够实现三陷波特性。同时在微带馈线右边设有寄生枝节，该结构能够改善天线之间的隔离度。本发明能有效减小现有UWB-MIMO天线的尺寸，并且还具有三陷波特性、结构紧凑等优点。
本发明通过下述技术方案实现：
一种小型化具有三陷波特性的UWB-MIMO天线，该天线为中心对称结构，包括正方形介质基板，在介质基板上表面设有4个辐射单元、4个电磁带隙(EBG)结构、4个寄生枝节；在介质基板下表面覆盖有一层金属地板，地板中部设置有一个类菱形凹槽。
所述4个辐射单元为4个形状相同、以旋转垂直方式放置的阶梯形微带馈线，所述阶梯形微带馈线包括宽边微带馈线以及窄边微带馈线，窄边微带馈线的一端位于介质基板的边，并且为天线的馈电端口；宽边微带馈线设置有一个L形和一个C形的长槽。
所述4个电磁带隙结构为4个形状相同的H形金属贴片，分别设置于介质基板上表面四个角落，H形金属贴片的正中间设有一个金属过孔，通过该过孔将H形金属贴片和金属地板相连接。
所述4个寄生枝节为4个长条形金属贴片，4个长条形金属贴片的窄边一端分别位于介质基板四条边的中部，长条形金属贴片靠近介质基板边的一端设有一个金属过孔，通过该过孔将长条形金属贴片和金属地板相连接。
所述类菱形凹槽为对每个顶角进行切角处理的类菱形结构。
进一步的，所述矩形介质基板采用双面覆铜箔的FR4介质基板，介电常数为4.6，损耗正切角为0.02，尺寸为34mm×34mm×1.6mm。
本发明天线为中心对称结构，4个形状相同的辐射单元以旋转垂直方式放置，可以提高辐射单元之间的隔离度。辐射单元上的一个L形和一个C形槽，可以实现天线在3.3-3.9GHz和5.1-5.9GHz的双陷波特性；H形的电磁带隙结构，由于电磁带隙结构的的带隙特性可以实现天线在7.3-8.5GHz的陷波特性。相邻的辐射单元之间设置的寄生枝节相当于一块反射板，能够抑制辐射贴片之间的相互耦合，从而进一步有效提高辐射单元之间的隔离度。
本发明天线采用4个微带馈线共用一个菱形凹槽的辐射结构，相比于其他类型UWB-MIMO天线，该天线具有非常小的尺寸，尺寸仅为34mm×34mm×1.6mm，小于目前大部分4端口UWB-MIMO天线，可以适用于小型化设备中。在非常小的尺寸下，能够同时实现在3.3-3.9GHz、5.1-5.9GHz和7.3-8.5GHz的实现三陷波特性，能够提升天线的工作性能。并且本发明天线还具有较高的隔离度，能够实现4个端口之间耦合度低于-15dB。
附图说明
图1是本发明实施例天线结构示意图；
图2是本发明实施例天线正面结构示意图；
图3是本发明实施例天线背面结构示意图；
图4是实施例天线回波损耗的仿真曲线；
图5是实施例天线4个端口间隔离度曲线图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本文提出的小型化具有三陷波特性的UWB-MIMO天线，为中心对称结构，包括正方形介质基板(1)，设置于介质基板正面的四个辐射单元(2)，四个电磁带隙结构(3)，四个寄生枝节结构(4)，设置于介质基板背面的金属地板(6)。所述正方形介质基板(1)的边长为34mm，采用介电常数为4.6，厚度为1.6mm的FR4材质；所述金属地板中间为一个类菱形凹槽(5)。
如图2所示，所述四个辐射单元(2)为四个以旋转垂直方式放置的形状相同的阶梯形微带馈线，由宽边微带馈线(21)和窄边微带馈线(22)组成。宽边微带馈线(21)的长L1为8mm，宽W1为5mm；窄边微带馈线(22)的长L2为7mm，宽W为3mm，距离介质基板边缘距离S2为8.5mm。宽边微带馈线(21)设置有一个C型缝隙(23)和一个L型缝隙(24)；C型缝隙(23)的长L6为4.6mm，L7为1.8mm，宽W7为7.2mm。L型缝隙(24)的长L8为3.9mm，宽W8为4.8mm。两个缝隙结构之间的间距一致，宽度W5＝W6，为0.4mm。所述微带馈线通过同轴线进行馈电。
所述电磁带隙结构(3)为H形金属贴片，电磁带隙结构(3)的长L3为4.5mm，L4为0.8mm，宽W2为3mm，W3为1.4mm。电磁带隙结构(3)正中间设有一个用于连接电磁带隙结构和介质基板背面的金属地板的金属过孔(31)，该金属过孔孔径为0.6mm，过孔中心距离介质基板边缘距离S1为4.5mm，S11为3.5mm。
所述寄生枝节(4)为长条型形状的金属贴片，寄生枝节(4)距离窄边微带馈线(22)的距离S3为2.5mm。寄生枝节(4)的长L5为10mm，宽为1mm。在寄生枝节结构(4)的末端设有一个金属过孔(41)，孔径为0.6mm，用于连接寄生枝节结构和介质基板背面的金属地板。
如图3所示，所述类菱形凹槽(5)为一个菱形进行切角处理。类菱形凹槽(5)的长Lg为12.5mm，切角的长Wg为2mm，类菱形凹槽(5)距离介质基板的边缘距离Wh为1mm。
在图1中，标记的Port1、Port2、Port3和Port4分别表示第1天线端口、第2天线端口、第3天线端口、第4天线端口。
参见图4，其中曲线是S11、S22、S33和S44的仿真曲线图，由于天线结构的对称性，天线每个端口的回波损耗曲线理论上是相同的，由仿真曲线可见，-10dB回波损耗带宽为2.5～11GHz，同时天线能够在3.3～3.9GHz、5.1～5.9GHz、7.3～8.5GHz频段内实现三陷波特性。
参见图5，其中曲线是S12、S13和S14的仿真曲线图，由于天线的对称性相邻单元和对角单元的隔离度理论上是相同的。在所测的频段，4个天线端口的耦合度均在-15dB下。

Claims (3)

1.一种小型化具有三陷波特性的UWB-MIMO天线，该天线为中心对称结构，包括正方形介质基板，在介质基板上表面设有4个辐射单元、4个电磁带隙结构、4个寄生枝节；在介质基板下表面覆盖有一层金属地板，地板中部设置有一个类菱形凹槽；
所述4个辐射单元为4个形状相同、以旋转垂直方式放置的阶梯形微带馈线，所述阶梯形微带馈线包括宽边微带馈线以及窄边微带馈线，窄边微带馈线的一端位于介质基板的边，并且为天线的馈电端口；宽边微带馈线设置有一个L形和一个C形的长槽；
所述4个电磁带隙结构为4个形状相同的H形金属贴片，分别设置于介质基板上表面四个角落，H形金属贴片的正中间设有一个金属过孔，通过该过孔将H形金属贴片和金属地板相连接；
所述4个寄生枝节为4个长条形金属贴片，4个长条形金属贴片的窄边一端分别位于介质基板四条边的中部，长条形金属贴片靠近介质基板边的一端设有一个金属过孔，通过该过孔将长条形金属贴片和金属地板相连接。
2.如权利要求1所述的一种小型化具有三陷波特性的UWB-MIMO天线，其特征在于，所述类菱形凹槽为对菱形四个顶角进行切角处理的类菱形结构。
3.如权利要求1所述的一种小型化具有三陷波特性的UWB-MIMO天线，其特征在于，所述正方形介质基板采用双面覆铜箔的FR4介质基板，介电常数为4.6，损耗正切角为0.02，尺寸为34mm×34mm×1.6mm。
CN202010361074.3A 2020-04-30 2020-04-30 一种小型化具有三陷波特性的uwb-mimo天线 Active CN111430919B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010361074.3A CN111430919B (zh) 2020-04-30 2020-04-30 一种小型化具有三陷波特性的uwb-mimo天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010361074.3A CN111430919B (zh) 2020-04-30 2020-04-30 一种小型化具有三陷波特性的uwb-mimo天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111430919A CN111430919A (zh) 2020-07-17
CN111430919B true CN111430919B (zh) 2021-07-06

Family

ID=71557308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010361074.3A Active CN111430919B (zh) 2020-04-30 2020-04-30 一种小型化具有三陷波特性的uwb-mimo天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111430919B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113078462B (zh) * 2021-03-15 2022-10-11 电子科技大学 一种覆盖wlan频段的宽带电可调控寄生单元天线
CN115943528A (zh) * 2021-06-03 2023-04-07 京东方科技集团股份有限公司 天线及其制备方法、通信系统
CN113764868A (zh) * 2021-08-26 2021-12-07 安徽师范大学 一种应用于5g和wlan的小型化四频带mimo天线
CN114243273B (zh) * 2021-12-15 2024-01-30 杭州电子科技大学 一种紧凑型四单元超宽带mimo天线
CN114843762B (zh) * 2022-04-20 2023-05-16 电子科技大学 一种频率可重构的mimo天线
CN115395231B (zh) * 2022-09-02 2023-04-18 安徽师范大学 一种基于多缺陷地的二端口mimo天线
CN115498407B (zh) * 2022-11-18 2023-02-17 湖南大学 一种具有强陷波特性的天线单元以及超宽带mimo天线

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104681940A (zh) * 2013-11-27 2015-06-03 哈尔滨黑石科技有限公司 一种新型的基于圆弧槽的超宽带双陷波天线
CN104681982A (zh) * 2013-11-27 2015-06-03 哈尔滨飞羽科技有限公司 一种基于clv-ebg结构具有带阻特性的uwb天线
CN205211947U (zh) * 2015-12-07 2016-05-04 华南理工大学 一种小型三频四单元mimo天线
CN105576372A (zh) * 2016-02-26 2016-05-11 华南理工大学 一种小型化差分陷波uwb-mimo天线

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104681940A (zh) * 2013-11-27 2015-06-03 哈尔滨黑石科技有限公司 一种新型的基于圆弧槽的超宽带双陷波天线
CN104681982A (zh) * 2013-11-27 2015-06-03 哈尔滨飞羽科技有限公司 一种基于clv-ebg结构具有带阻特性的uwb天线
CN205211947U (zh) * 2015-12-07 2016-05-04 华南理工大学 一种小型三频四单元mimo天线
CN105576372A (zh) * 2016-02-26 2016-05-11 华南理工大学 一种小型化差分陷波uwb-mimo天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A compact printed 4×4 MIMO-UWB antenna with WLAN band rejection;Nguyen Khac Kiem 等;《2013 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI)》;20140127;第2245页左栏第1段至第2246页右栏第1段、图1-6 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111430919A (zh) 2020-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111430919B (zh) 一种小型化具有三陷波特性的uwb-mimo天线
CN106961016B (zh) 一种极化和方向图各异的四单元mimo天线
CN108736160B (zh) 一种辐射方向图可重构的5g终端天线
CN109980366B (zh) 一种基于间隙波导的宽频带双圆极化端射阵列天线
CN112290227B (zh) 一种双频双圆极化天线阵列
CN111883910B (zh) 一种双极化低剖面磁电偶极子天线及无线通信设备
EP2999046B1 (en) Multi-antenna system and mobile terminal
CN114156659B (zh) Sub-6GHz和毫米波频段的宽带共口径偶极子阵列
CN113097716B (zh) 一种采用基片集成波导技术的宽带圆极化端射天线
CN113078465B (zh) 一种可实现宽带化去耦的双端口超宽带mimo天线
CN111478036A (zh) 基于共面波导馈电的柔性单阻带uwb-mimo天线
CN113809518B (zh) 一种具有高隔离度的微波与毫米波大频比共口径天线
CN112635985B (zh) 一种集成于5g手机背盖的低剖面八端口mimo天线
CN106953168B (zh) 一种平面毫米波mimo天线
CN112382856A (zh) 一种低成本宽带毫米波阵列天线
CN114256614B (zh) 一种应用于毫米波通信系统的超宽带平面天线阵列
CN114639956A (zh) 一种结合mimo技术的微波与毫米波大频比共口径天线
CN111478035A (zh) 基于共面波导馈电的柔性双阻带uwb-mimo天线
WO2023138324A1 (zh) 一种天线结构、电子设备及无线网络系统
CN116454613A (zh) 一种具有陷波结构的四单元超宽带mimo天线
CN114243273B (zh) 一种紧凑型四单元超宽带mimo天线
CN215732192U (zh) 一种小型化具有五陷波特性的uwb-mimo天线
CN116130948A (zh) 一种基于极化分集的三陷波mimo超宽带天线
CN211858891U (zh) 基于共面波导馈电的柔性单阻带uwb-mimo天线
CN211829196U (zh) 基于共面波导馈电的柔性双阻带uwb-mimo天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant