CN113809530A - 一种基于场对消解耦的高隔离度mimo天线 - Google Patents

一种基于场对消解耦的高隔离度mimo天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，包括介质基板，介质基板的顶面沿纵向中心线呈对称设置有矩形的第一辐射贴片和第二辐射贴片，沿第一辐射贴片和第二辐射贴片的纵向一端分别固定有第一馈电微带线和第二馈电微带线，第一馈电微带线和第二馈电微带线相靠近的侧边分别设置有第一倒L型寄生微带线枝节和第二倒L型寄生微带线枝节，第一辐射贴片和第二辐射贴片之间的间隙处设置有长方体型解耦介质墙，长方体型解耦介质墙的两个侧面上均设置有条形金属带。通过使用该解耦结构，使得MIMO天线在5.4GHz处的隔离度提高至60dB。能够很好地应用于极近距离阵列天线耦合抑制中，具有良好的应用价值。

Description

一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线
技术领域
本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线。
背景技术
多天线间的耦合是多输入多输出(multiple-input-multiple-output，MIMO)通信系统、分集天线系统和自适应天线阵列等众多应用中不可避免的一个问题。在MIMO通信系统中，天线互耦会使得通道间信号相关度增加，导致系统容量下降；在自适应天线阵中，互耦会造成信噪比降低，很大程度上恶化系统的通信质量。由于这些应用中互耦的不利影响，天线单元之间低互耦的需求显得尤为迫切，特别是天线单元放置紧密时。大量文献已经报道了各类抑制MIMO天线之间相互耦合的技术。如超表面解耦，极化旋转隔离器，缺陷地结构，中和线技术等。
场对消解耦方法具有设计简单，相比极化旋转隔离器和中线技术，场对消解耦方法对天线阻抗匹配影响较小；相比超表面解耦，所占用系统的空间也明显减小。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，能够在MIMO天线单元距离极近时实现较高的隔离度，且不影响天线本身的阻抗匹配。
本发明所采用的技术方案是，一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，包括介质基板，介质基板的顶面沿纵向中心线呈对称设置有矩形的第一辐射贴片和第二辐射贴片，沿第一辐射贴片和第二辐射贴片的纵向一端分别固定有第一馈电微带线和第二馈电微带线，第一馈电微带线和第二馈电微带线相靠近的侧边分别设置有第一倒L型寄生微带线枝节和第二倒L型寄生微带线枝节，第一辐射贴片和第二辐射贴片之间的间隙处设置有长方体型解耦介质墙，长方体型解耦介质墙沿纵向设置，长方体型解耦介质墙的两个侧面上均设置有条形金属带。
本发明的特点还在于，
介质基板的背面设置有金属层；第一倒L型寄生微带线枝节和第二倒L型寄生微带线枝节呈对称设置。
长方体型解耦介质墙的底部通过两个插头固定在第一辐射贴片和第二辐射贴片之间的间隙中；两个插头的长度为2mm+0.1mm，宽度为1mm+0.01mm，高度为1mm+0.1mm。
介质基板的长度为32.0mm±0.1mm，宽度为39.0mm±0.1mm，厚度为1mm±0.001mm。
第一辐射贴片和第二辐射贴片的长度均为12.55mm±0.1mm，宽度均为16.0mm±0.1mm；第一馈电微带线和第二馈电微带线的长度均为15.0mm±0.1mm，宽度均为1.9mm±0.01mm。
第一L型寄生微带线枝节和第二L型寄生微带线枝节的总长度均为9.2mm±0.01mm，宽度均为0.6mm+0.01mm；第一辐射贴片和第二辐射贴片与第一L型寄生微带线枝节和第二L型寄生微带线枝节之间的距离均为4.25mm±0.1mm。
长方体型解耦介质墙的长度为32mm±0.1mm，宽度为1.0mm，高度为1.3mm±0.1mm，条形金属带的长度均为22.0mm±0.1mm，宽度均为0.4mm+0.01mm；条形金属带底端距离长方体型解耦介质墙底面的距离均为0.8mm+0.01mm。
本发明的有益效果是，本发明的解耦介质墙只有一个简单的条形金属层，结构非常简单，易于加工，成本较低，且不影响MIMO天线的阻抗匹配。通过使用该解耦结构，使得MIMO天线在5.4GHz处的隔离度提高至60dB。能够很好地应用于极近距离阵列天线耦合抑制中，具有良好的应用价值。
附图说明
图1是本发明一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线的正面结构示意图；
图2是本发明一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线的背面结构示意图；
图3是本发明一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线中解耦介质墙的侧视图；
图4是本发明MIMO天线有无加载解耦介质墙反射系数仿真结果对比图；
图5是本发明MIMO天线有无加载解耦介质墙隔离度仿真结果对比图；
图6是本发明MIMO天线在5.4GHz处未加载解耦介质墙时的表面电流分布图；
图7是本发明MIMO天线在5.4GHz处加载了解耦介质墙时的表面电流分布图。
图中，1.介质基板，2.第一辐射贴片，3.第二辐射贴片，4.第一馈电微带线，5.第二馈电微带线，6.第一倒L型寄生微带线枝节，7.第二倒L型寄生微带线枝节，8.金属层，9.长方体型解耦介质墙，10.条形金属带，11.插头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，如图1所示，包括介质基板1，介质基板1的顶面沿纵向中心线呈对称设置有矩形的第一辐射贴片2和第二辐射贴片3，沿第一辐射贴片2和第二辐射贴片3的纵向一端分别固定有第一馈电微带线4和第二馈电微带线5，第一馈电微带线4和第二馈电微带线5相靠近的侧边分别设置有第一倒L型寄生微带线枝节6和第二倒L型寄生微带线枝节7，第一倒L型寄生微带线枝节6和第二倒L型寄生微带线枝节7呈对称设置；如图2所示，介质基板1的背面设置有金属层8；
如图3所示，第一辐射贴片2和第二辐射贴片3之间的间隙处设置有长方体型解耦介质墙9，长方体型解耦介质墙9沿纵向设置，长方体型解耦介质墙9的两个侧面上均设置有条形金属带10，两个条形金属带10呈对称设置，条形金属带10靠近长方体型解耦介质墙9的正面；长方体型解耦介质墙9的底部通过两个插头11固定在第一辐射贴片2和第二辐射贴片3之间的间隙中；长方体型解耦介质墙9的正面高于第一辐射贴片2和第二辐射贴片3上表面；
介质基板1的长度为32.0mm±0.1mm，宽度为39.0mm±0.1mm，厚度为1mm±0.001mm；
第一辐射贴片2和第二辐射贴片3的长度均为12.55mm±0.1mm，宽度均为16.0mm±0.1mm；第一馈电微带线4和第二馈电微带线5的长度均为15.0mm±0.1mm，宽度均为1.9mm±0.01mm；
第一L型寄生微带线枝节6和第二L型寄生微带线枝节7的总长度均为9.2mm±0.01mm，宽度均为0.6mm+0.01mm；
第一辐射贴片2和第二辐射贴片3与第一L型寄生微带线枝节6和第二L型寄生微带线枝节7之间的距离均为4.25mm±0.1mm。
长方体型解耦介质墙9的长度为32mm±0.1mm，宽度为1.0mm，高度为1.3mm±0.1mm，条形金属带10的长度均为22.0mm±0.1mm，宽度均为0.4mm+0.01mm；条形金属带10底端距离长方体型解耦介质墙9底面的距离均为0.8mm+0.01mm；两个插头11的长度为2mm+0.1mm，宽度为1mm+0.01mm，高度为1mm+0.1mm。
实施例
参照图1、图2以及图3，本发明一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，介质基板选用FR-4的板材或其它使用微波频段的板材，例如Rogers、陶瓷等，考虑到天线的工作频率和所需要的成本，优选FR-4为介质基板，该介质基板1的介电常数为4.3，长度为32.0mm，宽度为39.0mm，厚度为1.0mm；第一辐射贴片2和第二辐射贴片3的长度均为12.55mm，宽度均为16.0mm，且第一辐射贴片2和第二辐射贴片3之间的距离为1mm；第一馈电微带线4和第二馈电微带线5的长度均为15.0mm，宽度均为1.9mm；第一L型寄生微带线枝节6和第二L型寄生微带线枝节7的总长度均为9.2mm，宽度均为0.6mm；第一辐射贴片2和第二辐射贴片3与第一L型寄生微带线枝节6和第二L型寄生微带线枝节7之间的距离均为4.25mm；解耦介质墙9的长度为32mm，宽度为1.0mm，高度为1.3mm，条形金属带10的长度均为22.0mm，宽度均为0.4mm；条形金属带10底端距离解耦介质墙9底面的距离均为0.8mm。两个插头11的长度为2mm，宽度为1mm，高度为1mm。
对本实施例提供的一种能够应用于极近距离MIMO天线互耦抑制解耦介质墙进行仿真试验，得到如图4所示的反射系数和如图5所示的隔离度结果曲线。图4中纵坐标为反射系数，横坐标为频率，其中-10dB反射系数的带宽为可接收频段范围。从图4中可以看出，增加解耦介质墙结构后，天线的反射系数由原来的-15dB改善至-19dB。图5中纵坐标为隔离度，横坐标为频率。从图5中可以看出，无加载解耦介质墙时，天线的隔离度为12dB，这对于MIMO系统是不可接受的。增加解耦介质墙结构后，MIMO天线的隔离度明显改善，在谐振频率处隔离度约为60dB，实现了超过48dB的耦合抑制。
对本实施例提供的一种能够应用于极近距离MIMO天线互耦抑制解耦介质墙进行仿真试验，为了更直观地理解天线的工作机理，如图6和图7分别展示了有无加载解耦介质墙MIMO天线在5.4GHz处的表面电流分布。当端口1接激励源，端口2接50Ω负载时，从图6可以看出，天线2上面产生了大量来自于天线1的耦合电流，这对天线2的性能造成极大的影响；从图7中可以看出，当增加解耦介质墙后天线1直接耦合到天线2上的电流明显减少。这主要是因为无源阵子被激励后产生的间接耦合场的部分电流方向与由天线1直接激励天线2产生的直接耦合场的电流方向相反，两者相互抵消，明显减弱了天线2上的电流。

Claims (7)

1.一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，其特征在于，包括介质基板(1)，所述介质基板(1)的顶面沿纵向中心线呈对称设置有矩形的第一辐射贴片(2)和第二辐射贴片(3)，沿所述第一辐射贴片(2)和第二辐射贴片(3)的纵向一端分别固定有第一馈电微带线(4)和第二馈电微带线(5)，所述第一馈电微带线(4)和第二馈电微带线(5)相靠近的侧边分别设置有第一倒L型寄生微带线枝节(6)和第二倒L型寄生微带线枝节(7)，所述第一辐射贴片(2)和第二辐射贴片(3)之间的间隙处设置有长方体型解耦介质墙(9)，所述长方体型解耦介质墙(9)沿纵向设置，所述长方体型解耦介质墙(9)的两个侧面上均设置有条形金属带(10)。
2.根据权利要求1所述的一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述介质基板(1)的背面设置有金属层(8)；所述第一倒L型寄生微带线枝节(6)和第二倒L型寄生微带线枝节(7)呈对称设置。
3.根据权利要求1所述的一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述长方体型解耦介质墙(9)的底部通过两个插头(11)固定在第一辐射贴片(2)和第二辐射贴片(3)之间的间隙中；两个所述插头(11)的长度为2mm+0.1mm，宽度为1mm+0.01mm，高度为1mm+0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述介质基板(1)的长度为32.0mm±0.1mm，宽度为39.0mm±0.1mm，厚度为1mm±0.001mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述第一辐射贴片(2)和第二辐射贴片(3)的长度均为12.55mm±0.1mm，宽度均为16.0mm±0.1mm；所述第一馈电微带线(4)和第二馈电微带线(5)的长度均为15.0mm±0.1mm，宽度均为1.9mm±0.01mm。
6.根据权利要求5所述的一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述第一L型寄生微带线枝节(6)和第二L型寄生微带线枝节(7)的总长度均为9.2mm±0.01mm，宽度均为0.6mm+0.01mm；所述第一辐射贴片(2)和第二辐射贴片(3)与第一L型寄生微带线枝节(6)和第二L型寄生微带线枝节(7)之间的距离均为4.25mm±0.1mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于场对消解耦的高隔离度MIMO天线，其特征在于，所述长方体型解耦介质墙(9)的长度为32mm±0.1mm，宽度为1.0mm，高度为1.3mm±0.1mm，所述条形金属带(10)的长度均为22.0mm±0.1mm，宽度均为0.4mm+0.01mm；所述条形金属带(10)底端距离长方体型解耦介质墙(9)底面的距离均为0.8mm+0.01mm。
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