CN111463566A - 一种高隔离度mimo双频天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有非常高隔离度的双频MIMO天线，该天线由矩形绝缘介质基板、辐射面、调相网络、解耦网络、匹配网络以及刻蚀地陷结构的下层金属接地板构成，该天线由两个对称的辐射单元构成，并且采用枝节弯折曲流技术减小天线尺寸,辐射单元由两个倒“L”枝节构成，分别产生低频(2.45GHz)和高频(5.8GHz)辐射；在低频段，引入调相网络以及倒T解耦网络来改善双天线之间的隔离度，在高频段，通过“山”字型地陷结构来改善高频段的隔离度；并接有双频阻抗匹配网络，调节双频带的反射系数；该天线能满足反射系数(S11)在2.4‑2.5GHZ，5.75‑5.86GHZ频带内小于‑15dB(S11<‑15dB)，隔离度(S12)在2.4‑2.5GHZ，5.75‑5.86GHZ频带内小于‑20dB(S12<‑20dB)，并且全向辐射的要求，该天线成本低，结构简单，性能优良并且能够同时满足现有双频段移动通信频段的要求。

Description

一种高隔离度MIMO双频天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别涉及应用于高隔离度MIMO双频天线。
背景技术
随着移动用户的数量爆炸式的增长，以及因特网和多媒体等技术的快速发展，人们对通信容量，频谱利用率等要求也在快速增长。传统的单输入单输出(SISO)通信系统，因为多径传播导致不同时延的多径信号效应而产生干扰，信号的幅度要么增强要么减小，使得通信不稳定。而且其点到点的传输信道容量受到香农定理的制约。MIMO技术采用多天线技术和时空分集技术，利用多径效应提高通信链路的稳定性和突破SISO系统信道容量瓶颈。
然而，MIMO系统提高信道容量有一个前提条件是要保证天线单元间的电磁干扰尽可能小，即单元间保持一定的独立性。这在开阔空间中很容易达到，只要使天线单元间的距离够远，一般是在半个波长以上时，其相关性会比较低，电磁耦合带来的影响可以忽略。而在体积非常有限的移动终端中布置的多天线，天线单元之间的距离往往很难达到半个波长，这就不可避免会产生强烈的电磁耦合现象，从一个端口馈进的能量本来应该尽可能多地向空间辐射，现在变成耦合到其他单元上形成能量泄漏，天线效率大幅度降低。因此设计适用于移动终端的MIMO天线时要考虑如何提高天线单元各个馈电端口之间的隔离度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺失与不足，通过倒“T”解耦网络以及“山”字型地陷结构，对双频天线进行解耦，该天线能够在2.45G和5.8G完美工作，适用于WLAN频段，MIMO双天线提高了信道容量和传输速率，同时在低频和高频都具有较高的隔离度，两个端口相互不影响，并且在低频和高频段天线全向辐射，适用于移动通信终端中。再者，该天线的馈电方式简单，天线尺寸明显比同类天线小。
本发明采用如下技术方案：一种高隔离度的双频MIMO天线，包括矩形绝缘介质基板、地陷结构以及下层金属接地板、两个天线辐射端，调相网络，T型解耦网络以及匹配网络，所述天线辐射端，调相网络，T型解耦网络与匹配网络置于介质基板一面，刻蚀“山”字地陷结构的接地板位于介质基板另一面，调相网络是天线辐射端的延伸，T型解耦网络位于调相网络之间，并在解耦网络后皆有匹配网络、过渡结构以及50欧姆馈线。
其特征在于上层辐射端由“L”形金属枝节带线2、带线3组成，带线3末端接有短路过孔，用来调节阻抗，枝节2和枝节3分别产生低频和高频辐射，作为MIMO天线基本单元。
基本天线单元的馈线延伸有两段金属贴片5和6，作为调相网络，用于调节端口互导纳，并在调相网络之间，由水平枝节和竖直枝节构成T型结构7，作为天线的解耦网络，用来降低低频段的耦合，在介质基板背面，地板顶部刻蚀“山”字型地陷结构9，来降低高频段的耦合；并接有天线双频匹配网络8，用于改善天线的反射系数，天线整体布局延介质基板中垂线对称。
本发明的有益效果是：整个天线采用双面敷铜介质基板制作而成，整体结构可以利用传统PCB技术加工实现，成本低廉。整个介质基板大小仅0.30λ×0.40λ(λ为2.45GHz对应波长)，相比于同类天线，该天线不仅满足了双频段的要求，而且其馈电方式简单、天线尺寸实线了小型化，同时通过T型解耦网络以及“山”字型地陷结构，降低了MIMO天线之间的耦合，提高了整体天线的隔离度，增加了天线的信道容量和传输速率，因此具有很高的使用价值。
附图说明
图1为本发明天线结构的正面示意图。
图2为本发明天线结构的背面示意图。
图3为本发明天线结构的侧面示意图。
图4为本发明S11曲线仿真与测试结果。
图5本发明S12曲线仿真与测试结果。
图6为本发明在低频和高频的辐射方向图。
具体实施方式
以下以具体实施例对本发明的结构和效果进行更加详细的描述。
参阅图1与图2，本结构包含介质基板1，地陷结构9，金属接地板10，两个天线辐射端，由第一段倒“L”枝节2、第二段倒“L”枝节3和天线馈线4构成，第二段枝节末端接有短路过孔用来调节阻抗，调相网络，由第一段金属条带5和第二段金属条带6构成，解耦网络7以及双频匹配网络8。各所述天线辐射端，调相网络，解耦网络以及阻抗匹配网络设置在介质基板的一面，可以设置在介质基板的正面；地陷结构以及接地板设置在介质基板的另一面，可以设置在介质基板的背面；两个辐射端构成MIMO天线，该辐射端由两个倒“L”枝节构成，枝节2产生低频辐射，枝节3产生高频辐射；沿天线馈线接有调相网络，由两段传输线枝节构成，负责调节天线输入端的互导纳；通过奇偶模分析法，当奇模导纳以及偶模导纳与特性导纳相等时，便可以完成解耦，因此，可以计算出水平枝节和竖直枝节的长度和宽度，水平枝节和竖直枝节构成倒T结构作为天线低频段的解耦结构，并沿介质基板中垂线对称放置，接在调相网络之间，通过增加新的耦合路径，使得天线与解耦网络产生的电流与天线耦合电流反向，从而达到双频解耦的目的，提高了天线之间的隔离度；在地板顶部，两个天线枝节刻蚀有“山”字结构，其作用相当于带阻滤波器，阻碍了激励端口的电流流向非激励端，用来降低高频段的耦合；延伸调相网络，接有阻抗匹配网络，采用开路枝节，调节双频匹配，用于改善反射系数，并通过过渡结构与天线馈线相连；
本实施例所述天线尺寸为：L1＝4.7mm,W1＝1.3mm，L2＝4mm，W2＝1.3m，L3＝14.7mm，W3＝2.7mm,W4＝2.8mm,L5＝4mm,W5＝5.3mm,L6＝7mm,W6＝5.8mm,L7＝4.8mm,L9＝3mm,L10＝2.2mm,L11＝3mm,L12＝5.8mm,W7＝1.6mm,W8＝0.2mm,L13＝7.2mm,W9＝2.6mm,W10＝4.1mm,L14＝4.7mm,L15＝8.4mm,L18＝10mm,L19＝10mm,W12＝0.5mm,W13＝1.2mm,W14＝1.6mm,L20＝14.2,L21＝6.6mm,所提出的天线采用相对介电常数为4.4，厚度为1.6mm的介质基板FR4-epoxy制成，天线总尺寸为42.5mm*52mm。
该天线的S11曲线如图4所示，分别在2.4-2.5GHZ，5.75-5.86GHZ频带内小于-15dB(S11<-15dB)。隔离度(S12)如图5所示，在2.4-2.5GHZ，5.75-5.86GHZ频带内小于-20dB(S12<-20dB)。天线的低频和高频辐射方向图如图6所示，在E面呈8字形辐射特性，在H面全向辐射。
综上所述，本天线结构简单，在双频谐振点具有很高的隔离度，易于加工，天线性能优良，再者该天线的馈电结构简单，非常适合运用于移动通信终端中。

Claims (7)

1.在一种具有高隔离度的双频MIMO天线，其特征在于，包括矩形绝缘介质基板(1)，两个天线辐射端(2、3、4)，调相网络(5、6)，解耦网络(12、13)、匹配网络(7、8)、“山”字型地陷结构(9)以及接地板(10)；两个天线辐射端，调相网络，解耦网络、匹配网络设置在介质基板的一面，刻蚀“山”字型的接地板设置在介质基板的另一面；调相网络是天线辐射端的延伸，解耦网络位于调相网络之间。
2.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的双频MIMO天线，其特征在于：所述天线端(2、3、4)由第一段L枝节(2)和第二段L枝节(3)以及基本天线单元馈线(4)构成，并且关于介质基板中垂线对称，第二段L枝节接有短路过孔。
3.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的双频MIMO天线，其特征在于：调相网络由两段金属条带，金属条带1(5)和金属条带2(6)构成，是天线辐射端的延伸。
4.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的双频MIMO天线，其特征在于：解耦网络由水平枝节和竖直枝节组成倒“T”形，并关于介质基板中垂线对称放置。
5.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的双频MIMO天线，其特征在于：地板顶部刻蚀“山”字枝节，并关于介质基板中垂线对称放置。
6.根据权利要求1所述的上层金属贴片，包括天线辐射端(2、3、4)，调相网络(5、6)，解耦网络(12、13)、过渡结构(10)、50欧姆馈线(11)及下层金属接地板(15)，其特征在于，采用金属铜且厚度为0.035mm。
7.根据权利要求1所述的一种介质基板(1)，其特征在于，所述介质基板材料为FR4-epoxy。
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