CN111555024A - 一种阻带可重构超宽带mimo天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天线领域,具体公开了一种阻带可重构超宽带MIMO天线,包括介质基板,所述介质基板上表面设置有第一微带馈线、第二微带馈线,所述第一微带馈线和第二微带馈线关于所述介质基板中轴线镜像对称;所述介质基板下表面设置有接地板,所述接地板上设置有第一缝隙、第二缝隙、T型缝隙,所述第一缝隙与第二缝隙关于所述介质基板中轴镜像对称,所述第一缝隙在第一微带馈线垂直投影到所述介质基板下表面上,所述第二缝隙在第二微带馈线垂直投影到所述介质基板下表面上;所述T型缝隙设置在所述介质基板中轴位置底端。本发明工作频率覆盖了超宽带频段,并且在整个频段具有高隔离度,在WIMAX频段、X波段具有阻带可重构特性;并且结构紧凑、制作成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域,特别涉及一种阻带可重构超宽带MIMO天线。
背景技术
天线,是无线通信系统中将发射端高频电流转化为电磁波发射到自由空间,或者把自由空间中的电磁波转化为高频电流送到接收端的元件,天线是无线通信系统中一个不可缺失的部件。
无线通信技术正在日新月异的变化,人们对通信系统的通信容量和信息传输速率有了更高的要求。多输入多输出(MIMO)技术可以在不增加额外带宽和发射功率的前提下,将不利的多径衰落转化为有利因素,充分利用随机衰落和可能存在的多径传播来成倍提高数据传输速率。超宽带(UWB)技术具有传输速率快、信道容量大、抗干扰能力强、功率低等优点。如果将MIMO技术和UWB技术结合,更能成倍增大通信容量,提高通信速率。因此对超宽带MIMO天线的设计研究就显得尤为必要。
超宽带通信在其频段范围3.1GHz-10.6GHz的范围里已经存在了多种其他的通信系统,例如频率范围为5.125GHz到5.8GHz的无线局域网(WLAN),C波段卫星上行频段5.8GHz-6.5GHz和下行频段3.7GHz-4.2GHz,X波段雷达等通信系统。如何避免超宽带天线与这些已知的通信系统发生干扰成为相关研究人员研究的重点之一。因此具有多阻带特性的超宽带MIMO天线备受科研工作者的关注。在这样的应用背景下,研制出性能良好的具有多个阻带的超宽带MIMO天线就显得十分必要。同时,为了实现现代通信系统向着大容量、多功能、超宽带的方向发展,在一些超宽带频段应用场景中,周围并不存在某种窄带系统的干扰,这个时候,为了提高频带利用率,就需要对具有阻带特性的窄带频段选择性取消相应阻带特性,让天线在整个超宽带频段内均是通带天线。这种设计符合当今时代对于可持续性发展的要求,同时又节约了材料和能源。因此,设计具有阻带可重构的超宽带MIMO天线具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述洗衣机调平需要困难,调平技术精确性差、操作繁琐,且造成不必要的噪声、磨损等缺陷,提供一种阻带可重构超宽带MIMO天线。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种阻带可重构超宽带MIMO天线,包括介质基板,所述介质基板上表面设置有第一微带馈线、第二微带馈线,所述第一微带馈线和第二微带馈线关于所述介质基板中轴线镜像对称;所述介质基板下表面设置有接地板,所述接地板上设置有第一缝隙、第二缝隙、T型缝隙,所述第一缝隙与第二缝隙关于所述介质基板中轴镜像对称,所述第一缝隙在第一微带馈线垂直投影到所述介质基板下表面上,所述第二缝隙在第二微带馈线垂直投影到所述介质基板下表面上;所述T型缝隙设置在所述介质基板中轴位置底端。
优选地,所述第一缝隙和第二缝隙均由一个优弧面和一个矩形连接而成。
优选地,所述接地板上还开设有第一组矩形槽及第二组矩形槽,第一组矩形槽包括第一矩形槽和第二矩形槽,第二组矩形槽包括第三矩形槽和第四矩形槽,所述第一矩形槽和第二矩形槽关于所述介质基板中轴镜像对称,所述第三矩形槽和第四矩形槽关于所述介质基板中轴镜像对称。
优选地,所述接地板上还开设有第一L形槽、第二L形槽,所述第一L形槽和第二L形槽关于所述介质基板中轴镜像对称。
优选地,所述第一矩形槽和第二矩形槽分别位于所述第一缝隙和第二缝隙下方;所述第三矩形槽和第四矩形槽分别位于所述第一缝隙和第二缝隙上方;所述第一L形槽和第二L形槽分别位于所述第三矩形槽和第四矩形槽上方。
优选地,所述第一矩形槽、第二矩形槽、第三矩形槽、第四矩形槽、第一L形槽、第二L形槽上均设有开关;所述开关用于对超宽带频段的阻带特性进行开关控制;所述第三矩形槽、第四矩形槽、第一L形槽、第二L形槽的开关旁均刻蚀有U形窄缝隙;所述第一矩形槽、第二矩形槽的开关处均刻有L形窄缝隙。
采用上述技术方案,本发明提供的一种阻带可重构超宽带MIMO天线,具有以下有益效果:
1、本发明同时具有了低互耦、宽带宽、结构紧凑、低成本的特点。
2、本发明采用平面结构设计,易于集成到电路板,适用于小型移动设备。
3、本发明的工作频率覆盖了超宽带频段(3.1-10.6GHz)。
4、本发明在WIMAX频段(3.3-3.7GHz)、WLAN(5.15-5.725GHz)、X波段(7.25-8.4GHz)具有阻带可重构特性,可以在不同的应用场景对这几个频段的阻带选择开还是关,适合超宽带MIMO系统的应用以及在天线技术领域的推广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明中二极管、电容、电感的分布示意图;
图3为本发明在模式1下得出的S11和S22参数图;
图4为本发明在模式2下得出的S11和S22参数图;
图5为本发明在模式3下得出的S11和S22参数图;
图6为本发明在模式4下得出的S11和S22参数图;
图7为本发明在模式5下得出的S11和S22参数图;
图8为本发明在模式6下得出的S11和S22参数图;
图9为本发明在模式7下得出的S11和S22参数图;
图10为本发明在模式8下得出的S11和S22参数图;
图中标记说明:1、介质基板,2、接地板,3、微带馈线,31、第一微带馈线,32、第二微带馈线,4、T型缝隙,5、第一组接地板缝隙,51、第一缝隙,52、第二缝隙,6、阻带槽,611、第一矩形槽,612、第二矩形槽,621、第三矩形槽,622第四矩形槽,631、第一L形槽,632、第二L形槽,7、偏置供电块,71、第一偏置供电块,721、722为第二组偏置供电块,731、732为第三组偏置供电块,741、742为第四组偏置供电块,8、电感,9、二极管,91、92为第一组二极管,93、94为第二组二极管,95、96为第三组二极管,10、电容。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是,对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
如图1所示,一种阻带可重构超宽带MIMO天线,包括介质基板1,该介质基板1上表面设置有第一微带馈线31和第二微带馈线32,该第一微带馈线31和第二微带馈线32关于该介质基板1中轴镜像对称;该介质基板1下表面设置有接地板2,该接地板2上设置有第一缝隙51、第二缝隙52和T形缝隙4,该第一缝隙51和第二缝隙52尺寸结构相同,均由一个优弧面和一个矩形构成,该第一缝隙51和第二缝隙52关于该介质基板1中轴镜像对称;该T形缝隙位于该接地板2的中轴底部。
进一步的是,该接地板2上设置有第一矩形槽611、第二矩形槽612、第三矩形槽621、第四矩形槽622、第一L形槽631、第二L形槽632,该第一矩形槽611和第二矩形槽612关于该介质基板1中轴镜像对称,该第三矩形槽621和第四矩形槽622关于该介质基板1中轴镜像对称,该第一L形槽631和第二L形槽632关于该介质基板1中轴镜像对称。第一组矩形槽611、612,第二组矩形槽621、622,第一L形槽631,第二L形槽632各自的总长度计算公式如下:该式中,c为光速,f为谐振点频率,εr为介质基板介电常数。
进一步的是,该第一矩形槽611和第二矩形槽612中分别设置有第三组二极管91和92作为开关,该第三组二极管91和92旁均通过开一个窄L形缝隙形成第四组偏置供电块741、742;该第三矩形槽621和第四矩形槽622中分别设置有第二组二极管93和94作为开关,该第二组二极管93和94旁均通过开一个窄的倒U形槽形成第三组偏置供电块731和732;该第一L形槽631和第二L形槽632中分别设置有第一组二极管91和92作为开关,该第一组二极管91和92旁均通过开一个窄U形槽形成第二组偏置供电块721和722;该接地板2中轴顶部通过开一个U形槽形成第一偏置供电块71。
如图1所示,介质基板1长度为23mm,宽度为30mm,介质材料为FR-4,介电常数为4.4,厚度为0.8mm。本发明通过对天线结构的改变,实现了对WIMAX频段(3.3-3.7GHz)、WLAN(5.15-5.725GHz)、X波段(7.25-8.4GHz)阻带功能,同时通过加载开关,使天线工作在八种模式,整款天线的尺寸较小。
本发明所设计的整个天线实施例的尺寸包括:微带馈线3为50Ω微带线,宽度为1.8mm,长度为15.5mm。接地板2上的第一组缝隙5由半径为2.9mm的优弧面和长度为8.8mm的矩形面构成,第一组矩形槽的长度为5.8mm,第二组矩形槽的长度为8.5mm,第一L形槽和第二L形槽的总长度均为16mm。本发明采用的是缝隙天线,其尺寸很小,介质基板正面为微带馈线,介质基板反面接地板上刻蚀了优弧形和矩形缝隙,该缝隙位于馈线下方,两个缝隙天线平行放置,并在天线的中心开了一个T型槽,在天线的接地板上刻蚀了一个倒L形槽和2个矩形槽,并在这三对槽上加载了三对开关。
可以理解的,该阻带可重构超宽带MIMO天线的中心开了一个矩形渐变槽,提高了两个超宽带单元天线的隔离度。通过在天线接地板上开两个长度不同的矩形槽和一个倒L形槽,长度大概通过下面公式(1)和(2)计算,使天线在3.5GHz、5.5GHz和7.7GHz左右产生谐振,从而使天线这两个频点附近的能量辐射不出去,从而实现了对WIMAX频段(3.3-3.7GHz)、WLAN(5.15-5.725GHz)、X波段(7.25-8.4GHz)的阻带功能。与此同时在三对槽上加载了三对开关,通过控制开关的连通和断开状态,可以使天线工作在八种模式。
其中fcenter为阻带所对应的中心频率,εeff为有效介电常数,εr为介质基板的相对介电常数,c为光速。
图2所示的各个二极管的工作状态决定了哪种模式,当第一组二极管91和92不导通,第二组二极管93和94不导通,第三组二极管95和96不导通,为模式1;当第一组二极管91和92导通,第二组二极管93和94不导通,第三组二极管95和96不导通,为模式2;当第一组二极管91和92导通,第二组二极管93和94导通,第三组二极管95和96不导通,为模式3;当第一组二极管91和92导通,第二组二极管93和94导通,第三组二极管95和96导通,为模式4;当第一组二极管91和92导通,第二组二极管93和94不导通,第三组二极管95和96导通,为模式5;当第一组二极管91和92不导通,第二组二极管93和94不导通,第三组二极管95和96导通,为模式6;当第一组二极管91和92不导通,第二组二极管93和94导通,第三组二极管95和96导通,为模式7;当第一组二极管91和92不导通,第二组二极管93和94导通,第三组二极管95和96不导通,为模式8。
对以上八种模式,表一给出了说明。
实施例在模式1下测出的S11和S22参数如图3所示,从图3中可以看出,天线在WIMAX、WLAN、X波段均具有阻带特性;实施例在模式2下测出的S11和S22参数如图4所示,从图4中可以看出,天线在WLAN、X波段具有阻带特性;实施例在模式3下测出的S11和S22参数如图5所示,从图5中可以看出,天线在X波段具有阻带特性;实施例在模式4下测出的S11和S22参数如图6所示,从图6中可以看出,天线在整个超宽带频段(3.1-10.6GHz)均无阻带特性,天线在整个超宽带频段均为通带;实施例在模式5下测出的S11和S22参数如图8所示,从图7中可以看出,天线在WLAN频段具有阻带特性;实施例在模式6下测出的S11和S22参数如图8所示,从图8中可以看出,天线在WIMAX、WLAN均具有阻带特性;实施例在模式7下测出的S11和S22参数如图9所示,从图9中可以看出,天线在WIMAX频段具有阻带特性;实施例在模式8下测出的S11和S22参数如图10所示,从图10中可以看出,天线在WLAN、X波段均具有阻带特性。实施例在上述所有模式中,测得的S22在整个超宽带频段均小于-15dB,且在大部分频段均小于-20dB,说明本发明一种阻带可重构超宽带MIMO天线具有很好的隔离度。
针对上述实施例测得的结果,表二给出了总结说明。本发明结构简单,易于加工,成本低,各种特性优良,非常适合超宽带MIMO系统的应用。
表一:
表二:
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言,在不脱离本发明原理和精神的情况下,对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型,仍落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种阻带可重构超宽带MIMO天线,其特征在于:包括介质基板,所述介质基板上表面设置有第一微带馈线、第二微带馈线,所述第一微带馈线和第二微带馈线关于所述介质基板中轴线镜像对称;所述介质基板下表面设置有接地板,所述接地板上设置有第一缝隙、第二缝隙、T型缝隙,所述第一缝隙与第二缝隙关于所述介质基板中轴镜像对称,所述第一缝隙在第一微带馈线垂直投影到所述介质基板下表面上,所述第二缝隙在第二微带馈线垂直投影到所述介质基板下表面上;所述T型缝隙设置在所述介质基板中轴位置底端。
2.根据权利要求1所述的阻带可重构超宽带MIMO天线,其特征在于:所述第一缝隙和第二缝隙均由一个优弧面和一个矩形连接而成。
3.根据权利要求1所述的阻带可重构超宽带MIMO天线,其特征在于:所述接地板上还开设有第一组矩形槽及第二组矩形槽,第一组矩形槽包括第一矩形槽和第二矩形槽,第二组矩形槽包括第三矩形槽和第四矩形槽,所述第一矩形槽和第二矩形槽关于所述介质基板中轴镜像对称,所述第三矩形槽和第四矩形槽关于所述介质基板中轴镜像对称。
4.根据权利要求3所述的阻带可重构超宽带MIMO天线,其特征在于:所述接地板上还开设有第一L形槽、第二L形槽,所述第一L形槽和第二L形槽关于所述介质基板中轴镜像对称。
5.根据权利要求4所述的阻带可重构超宽带MIMO天线,其特征在于:所述第一矩形槽和第二矩形槽分别位于所述第一缝隙和第二缝隙下方;所述第三矩形槽和第四矩形槽分别位于所述第一缝隙和第二缝隙上方;所述第一L形槽和第二L形槽分别位于所述第三矩形槽和第四矩形槽上方。
6.根据权利要求4所述的阻带可重构超宽带MIMO天线,其特征在于:所述第一矩形槽、第二矩形槽、第三矩形槽、第四矩形槽、第一L形槽、第二L形槽上均设有开关;所述开关用于对超宽带频段的阻带特性进行开关控制;所述第三矩形槽、第四矩形槽、第一L形槽、第二L形槽的开关旁均刻蚀有U形窄缝隙;所述第一矩形槽、第二矩形槽的开关处均刻有L形窄缝隙。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200818 |