CN114843762B - 一种频率可重构的mimo天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频率可重构的MIMO天线，属于天线技术领域。该天线为90度旋转对称结构，包括介质基板，设置于介质基板背面的接地板及4个作为辐射体的矩形缝隙，矩形缝隙的两端分别设置有一个PIN二极管；设置于介质基板正面的微带馈线；相邻的天线单元之间设置有提高天线单元间隔离度的EBG结构。本发明通过PIN二极管的通断实现MIMO天线的频率可重构，在2.5GHz和3.0GHz都有良好的辐射特性，并且相邻天线单元之间的隔离度高，同时还具备剖面底、尺寸小、成本低等优点。

Description

一种频率可重构的MIMO天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种频率可重构的MIMO天线。
背景技术
近几年，无线通信技术发展势头迅猛，越来越多的新兴产品进入大家的视野，伴随着的是无线通信系统一系列设计指标参数的提升，例如功能全、容量高、速率快和体积微。天线充当电信号与电磁波信号间相互转换的媒介，在无线通信系统中有着举足轻重的作用，因此天线的设计要求也相应愈发严苛。传统天线是根据某个单一功能应用而定向设计，并不能重构本身的参量结果。如果利用这些性能单一的天线组成通信系统，只有通过不断增加天线数目来实现系统多重功能的目的，而这么做的牺牲代价便是整个系统的体积和成本的提升，也会恶化系统的电磁环境。
在现代无线通信系统中，数据流在空中的传输往往是在多径环境中进行的，容易受到建筑物、地形或邻近物体反射或绕射的严重干扰。为了满足人们日益增长的通信需求，大量研究学者们提出了可重构天线来提升用户们的体验。在可重构天线这一概念提出初期，受制于相关技术与实验环境，可重构天线的研究尚处于浅表摸索，并没有实质性的进展。近年来，随着开关工艺与PCB制板技术大量运用并趋向成熟，越来越多的可重构天线设计通过加载变容二极管、PIN二极管以及MEMS等射频开关器件重构了天线各种参数，使用户能够根据外部环境变化动态调整天线的性能参数。MIMO技术最开始被人们所讨论的时间是上世纪90年代初，发展至今，吸引了大量无线通信领域爱好者们的目光，其核心思想是将多副天线置于通信系统的收发端，收发端的天线发射与接收过程中的信号并列传播，这个过程叫多径信道的空间特性。系统中收发端天线间的并列路径提升了信号传输速率，收发质量也大大改善。并且在传输的过程中，天线并不需要额外的频谱带宽。
如果将MIMO通信系统当中性能单一天线换成可重构天线，这些可重构天线根据外部无线信道情况发挥其重构功能，使信号在收发端能够高速传输，同时还能够简化MIMO天线阵列结构，压缩MIMO系统的空间。将频率可重构天线应用到MIMO系统时，频率可重构天线能够根据MIMO系统切换到所需工作频段，加大了系统的工作频段覆盖范围。文献R.Hussain,A.Ghalib and M.S.Sharawi.Annular Slot-Based Miniaturized Frequency-Agile MIMO Antenna System.IEEE Antennas Wireless Propagat.Lett.,2017,16,2489-2492.设计了一种频率可重构缝隙天线，作者采用缝隙天线作为MIMO天线单元，在接地板上刻蚀同心的圆形缝隙和圆环形缝隙，在圆环形缝隙上放置变容二极管，控制变容二极管的偏置电压能够实现天线工作频率的连续可调。但是该天线的PIN二极管位置太接近，并不能保证在各个模式中准确切换，而且不同频段频率相差较小。
发明内容
本发明提出了一种频率可重构的MIMO天线，该天线为90度旋转对称结构，由四个结构相同的缝隙天线单元组成，相邻的天线单元之间设置有一个提高天线单元间隔离度的EBG结构。本发明的频率可重构MIMO天线，在2.5GHz和3.0GHz都有良好的辐射特性，并且相邻天线单元之间的隔离度高，同时还具备剖面底、尺寸小、成本底等优点。
本发明通过以下技术方案实现：
一种频率可重构的MIMO天线，该天线为90度旋转对称结构，包括正方形的介质基板，设置于介质基板正面的4个矩形微带馈线，覆盖介质基板背面的接地板，接地板上设置有4个矩形缝隙作为辐射体；其特征在于，所述矩形缝隙的长边分别平行于介质基板的4条边；所述矩形微带馈线的中线分别与介质基板的中线重合，且每个所述矩形微带馈线在介质基板背面的投影分别与一个所述矩形缝隙垂直相交，用于对矩形缝隙耦合馈电；所述矩形缝隙的两端分别设置有一个PIN二极管，通过PIN二极管的通断实现天线的频率可重构。
进一步地，所述接地板上设置有4个EBG隔离结构，所述EBG隔离结构为沿对角线设置的矩形缝隙，且一端与介质基板的顶角重合。
进一步地，所述EBG隔离结构内部设置有矩形金属枝节，所述矩形金属枝节的一端与接地板连接。
本发明通过控制矩形缝隙中的PIN二极管的通断，改变天线的电流路径，从而实现天线的频率可重构。还利用EBG结构和金属枝节组合的方式降低天线单元之间的耦合，金属枝节的去耦原理在于金属枝节相当于一个反射器，可以将流向其他端口的大部分地板表面电流阻挡掉，从而降低天线单元之间的耦合；同时，集中到金属枝节上的表面电流会产生辐射，从而也能改善阻抗匹配。EBG隔离结构的去耦原理在于EBG可以等效为一个LC谐振电路，且LC谐振电路的电容值C和电感值L与缝隙的长度、开口的大小和位置有关。通过在地板上蚀刻EBG隔离结构，流向其他端口的地板电流将陷入到缝隙中并产生谐振，电磁能量被存储起来，没有耦合电流，端口隔离度得到提高。
本发明相比与现有技术，具有以下优点：
1、本发明天线在单一的工作频段内具有良好的辐射性能，同时能够实现频率的可重构特性；通过加载隔离结构能够有效的提高隔离度，MIMO天线在两个工作频段之内都具有良好的隔离效果。
2、该MIMO天线具有结构简单、小型化的特性，适用于小型化设备中。
附图说明
图1是本发明实施例天线的结构示意图。
图2是本发明实施例天线PIN二极管断开时，天线的正反面示意图。
图3是本发明实施例天线PIN二极管闭合时，天线的正反面示意图。
图4是本发明实施例天线工作在2.4-2.6GHz时的反射系数S11仿真曲线图。
图5是本发明实施例天线的隔离度S21仿真曲线图，其中L1表示没有加载隔离结构，L2表示加载隔离结构。
附图标号说明：1.微带馈线，2.矩形缝隙，3.PIN二极管，4.EBG隔离结构，5.矩形金属枝节，6.介质基板，7.接地板。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详细描述。
如图1所示为本实施例的一种频率可重构的MIMO天线的结构示意图，该天线为90度旋转对称结构，由四个频率可重构的缝隙天线组成。包括正方形的介质基板，设置于介质基板正面的4个矩形微带馈线，覆盖介质基板背面的接地板，接地板上设置有4个矩形缝隙作为辐射体。
其中的介质基板为FR4介质基板，相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.025，尺寸为70mm×70mm×1.6mm。
所述矩形缝隙的长边分别平行于介质基板的4条边，矩形缝隙的长为31.4mm，宽为2.14mm，与介质基板的边缘间距为10mm。矩形缝隙的两端分别设置有一个PIN二极管，通过PIN二极管的通断实现天线的频率可重构；两个PIN二极管之间的间距为25.8mm。
所述矩形微带馈线的中线分别与介质基板的中线重合，且每个所述矩形微带馈线在介质基板背面的投影分别与一个所述矩形缝隙垂直相交，用于对矩形缝隙耦合馈电；所述矩形微带馈线的长为15.1mm，宽为3mm。
所述接地板上设置有4个EBG隔离结构，所述EBG隔离结构为沿对角线设置的矩形缝隙，且一端与介质基板的顶角重合；矩形缝隙的长为23.4mm，宽为2.13mm。所述EBG隔离结构内部设置有矩形金属枝节，所述矩形金属枝节的一端与接地板连接，矩形金属枝节的长为10.6mm，宽为1.25mm。
图2是本发明实施例天线PIN二极管断开时，天线的正反面示意图，此时MIMO天线工作在低频，工作频段是2.4-2.6GHz。
图3是本发明实施例天线PIN二极管闭合时，天线的正反面示意图，此时MIMO天线工作在高频，工作频段是3.0-3.2GHz。
图4是本发明实施例天线工作在2.4-2.6GHz时的反射系数S11仿真曲线图，由于天线结构具有对称性，天线每个端口的回波损耗曲线理论上是相同的，即S11＝S22，只需得到S11即可。由仿真曲线可见，天线在目标频带内的反射小于-12dB。
图5是本发明实施例天线的隔离度S21仿真曲线图，由于天线结构具有对称性，天线端口间的隔离度曲线理论上是相同的，即S12＝S21，只需得到S12即可。从图中可以看出，本发明采用的EBG加金属枝节的结构，天线之间的隔离度从-15dB下降到-20dB。

Claims (1)

1.一种频率可重构的MIMO天线，该天线为90度旋转对称结构，包括正方形的介质基板，设置于介质基板正面的4个矩形微带馈线，覆盖介质基板背面的接地板，接地板上设置有4个矩形缝隙作为辐射体；其特征在于，所述矩形缝隙的长边分别平行于介质基板的4条边；所述矩形微带馈线的中线分别与介质基板的中线重合，且每个所述矩形微带馈线在介质基板背面的投影分别与一个所述矩形缝隙垂直相交，用于对矩形缝隙耦合馈电；所述矩形缝隙的两端分别设置有一个PIN二极管，通过PIN二极管的通断实现天线的频率可重构；
所述接地板上设置有4个EBG隔离结构，所述EBG隔离结构为沿对角线设置的矩形缝隙，且一端与介质基板的顶角重合；所述EBG隔离结构内部设置有矩形金属枝节，所述矩形金属枝节的一端与接地板连接。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104638365A (zh) * 2014-12-25 2015-05-20 中国电子科技集团公司第七研究所 一种无去耦结构的四单元宽带缝隙mimo天线
CN204732536U (zh) * 2015-06-15 2015-10-28 华南理工大学 一种可重构双陷波超宽带天线
CN207517871U (zh) * 2017-10-31 2018-06-19 华南理工大学 一种差分频率可重构天线
WO2018205393A1 (zh) * 2017-05-08 2018-11-15 江苏亨鑫科技有限公司 一种极化和方向图各异的四单元mimo天线
CN110797648A (zh) * 2019-11-07 2020-02-14 华南理工大学 一种三频极化可重构单馈贴片天线
CN111430919A (zh) * 2020-04-30 2020-07-17 电子科技大学 一种小型化具有三陷波特性的uwb-mimo天线

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2840456A1 (fr) * 2002-05-31 2003-12-05 Thomson Licensing Sa Perfectionnement aux antennes planaires de type fente
CN206098699U (zh) * 2016-10-20 2017-04-12 中兴通讯股份有限公司 天线
CN110858681B (zh) * 2018-08-23 2021-07-09 西安电子科技大学 一种具有可重构谐波抑制功能的双极化三频段的频率可重构天线
CN113097710B (zh) * 2021-03-30 2022-09-06 大连理工大学 一种双模圆极化频率可重构天线

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104638365A (zh) * 2014-12-25 2015-05-20 中国电子科技集团公司第七研究所 一种无去耦结构的四单元宽带缝隙mimo天线
CN204732536U (zh) * 2015-06-15 2015-10-28 华南理工大学 一种可重构双陷波超宽带天线
WO2018205393A1 (zh) * 2017-05-08 2018-11-15 江苏亨鑫科技有限公司 一种极化和方向图各异的四单元mimo天线
CN207517871U (zh) * 2017-10-31 2018-06-19 华南理工大学 一种差分频率可重构天线
CN110797648A (zh) * 2019-11-07 2020-02-14 华南理工大学 一种三频极化可重构单馈贴片天线
CN111430919A (zh) * 2020-04-30 2020-07-17 电子科技大学 一种小型化具有三陷波特性的uwb-mimo天线

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