CN204651490U - 高隔离度双极化差分双频mimo天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高隔离度双极化差分双频MIMO天线，包括介质基板，所述介质基板的其中一个面上设有贴片、地面以及四个分别与贴片连接的差分共面波导馈电端口，所述贴片上刻蚀有多个矩形缝隙，所述地面设置在贴片的周围，所述贴片和地面之间形成间隙；所述四个差分共面波导馈电端口形成两对相互正交的差分端口。本实用新型的MIMO天线采用结构简单的单层平面结构，并采用差分共面波导馈电，可以更容易与差分电路集成，两对差分馈电端口相互垂直放置，不仅可以实现双极化特性，而且可以实现极高的隔离度特性，整个天线具有设计简单，体积小，成本低，特性好的优点，还具有两个工作频段，可以应用在WiMAX/WLAN系统中。

Description

高隔离度双极化差分双频MIMO天线

技术领域

本实用新型涉及一种MIMO天线，尤其是一种高隔离度双极化差分双频MIMO天线，属于无线通信领域。

背景技术

随着无线通信技术的迅猛发展，通信系统对高速率、大容量和高可靠性的移动通信质量需求越来越强烈，而应用传统的通信技术很难满足这一需求。多输入多输出(multiple-input-multiple-output，MIMO)技术在一个通信系统中应用多个收发天线来发射和接收信号，可以有效的克服多径衰落效应并提高系统容量和可靠性。在MIMO天线的设计中，最关键紧要的一个问题就是如何使降低各个天线单元之间的耦合度。目前减小天线单元间耦合的主要方法有：EBG地板结构，解耦网络，地板缝隙，反射单元，地板分支和Neutralization线。以上的解耦方法仅适用于窄带工作带宽中，不适用于超宽带系统，大多数结构设计复杂，所实现的隔离度一般在20dB左右。

目前，射频电路通常采用差分技术传输信号，但是天线大多数被设计为单端口器件，不能直接与差分电路集成，通常需要采用巴伦把差分信号转换为单端口信号然后馈入天线。巴伦的使用会造成损耗，使系统效率降低，也增加了独立器件的数量，不利于系统高度集成和小型化。差分天线将天线设计为双端口形式，直接把差分信号馈进天线的两个端口，可以直接与差分电路集成，减少了巴伦器件的使用，提高系统效率。目前出现的MIMO天线中，只出现了一款采用差分馈电形式的，而且体积庞大，具有单个超宽带频段。另一方面，现在的短距离无线通信系统，如无线局域网(WirelessLocal Area Networks，WLAN)和全球微波互联接入(Worldwide Interoperability forMicrowave Access，WiMAX)系统，均有多个工作频段。WLAN工作在2.4GHz/5.2GHz/5.8GHz频段，WiMAX工作在2.5GHz/3.5GHz/5.5GHz频段，因此设计具有多个工作频段的天线非常具有竞争力。

据调查与了解，目前公开的现有技术如下：

1)2014年，Mao Chun Xu和Chu Qing Xin在“IEEE TRANSACTIONS ONANTENNAS AND PROPAGATION”发表题为“Compact Co-radiator UWB MIMOAntenna With Dual Polarization”的文章中，提出了一种共辐射体的双端口超宽带MIMO天线，天线的两个馈电端口共用一个辐射体进行馈电，大大减小了天线体积。并且两个端口相互正交，实现了双极化特性。天线在辐射体上刻蚀了T形缝隙，并且在地面上延伸了枝节，以此实现高隔离度。该天线工作在超宽带频段3GHz-11GHz，隔离度达到20dB。

2)2015年，He Huang和Ying Liu等人在“IEEE ANTENNAS AND WIRELESSPROPAGATION LETTERS”发表题为“Uniplanar Differentially Driven UltrawidebandPolarization Diversity Antenna With Band-Notched Characteristics”的文章中，提出了一种共缝隙的双端口超宽带MIMO天线，天线的两对差分馈电端口共同对一个宽缝隙进行馈电，两对差分馈电端口相互垂直放置，不仅获得了理论上无穷大的隔离度，也获得了双极化特性，但是天线的体积庞大。该天线工作在超宽带UWB频段3GHz-11GHz。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种高隔离度双极化差分双频MIMO天线，该MIMO天线具有设计简单，体积小，成本低，特性好的优点，可以应用在WiMAX/WLAN系统中。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

高隔离度双极化差分双频MIMO天线，包括介质基板，所述介质基板的其中一个面上设有贴片、地面以及四个分别与贴片连接的差分共面波导馈电端口，所述贴片上刻蚀有多个矩形缝隙，所述地面设置在贴片的周围，所述贴片和地面之间形成间隙；所述四个差分共面波导馈电端口形成两对相互正交的差分端口。

作为一种优选方案，所述贴片上刻蚀有四个矩形缝隙，所述四个矩形缝隙所在位置分别靠近贴片的四个边缘处。

作为一种优选方案，所述贴片为正方形贴片，所述四个差分共面波导馈电端口分别与正方形贴片的上侧、下侧、左侧和右侧连接。

作为一种优选方案，所述地面为环形地面。

作为一种优选方案，所述介质基板采用相对介电常数为4.4的介质基板。

作为一种优选方案，所述贴片、地面以及四个差分共面波导馈电端口均采用金属材料构成。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型的MIMO天线克服了传统MIMO天线不易与差分电路集成的缺点，贴片和地面共同设置在介质基板的其中一个面上，形成结构简单的单层平面结构，并采用差分共面波导馈电，可以更容易与差分电路集成。

2、本实用新型的MIMO天线具有两对差分端口，两对差分端口不仅共用了中间的贴片，而且共用了地面，使得天线的结构紧凑，体积小。

3、本实用新型的MIMO天线的贴片上刻蚀有多个矩形缝隙(优选刻蚀有四个矩形缝隙)，可以达到双频工作的目的；经过电磁仿真表明，具有两个工作频段(3.2GHz～3.8GHz和5.2GHz～5.7GHz)，可以应用在WiMAX/WLAN系统中，而且整个天线结构简单，成本更低，加工更容易。

4、本实用新型的MIMO天线克服了传统MIMO天线去耦结构复杂、隔离度不好的缺点，两对差分馈电端口相互垂直放置，不仅可以实现双极化特性，而且两对差分馈电端口正好处于彼此的虚拟地面上，因此可以天然去除彼此的耦合，不需采用任何去耦合结构，就可以达到了55dB以上的隔离度。

附图说明

图1为本实用新型的高隔离度双极化差分双频MIMO天线结构示意图。

图2为本实用新型的高隔离度双极化差分双频MIMO天线的电磁仿真奇模反射系数曲线图。

图3为本实用新型的高隔离度双极化差分双频MIMO天线的电磁仿真隔离度曲线图。

其中，1-介质基板，2-贴片，3-地面，4-第一差分共面波导馈电端口，5-第二差分共面波导馈电端口，6-第三差分共面波导馈电端口，7-第四差分共面波导馈电端口，8-第一矩形缝隙，9-第二矩形缝隙，10-第三矩形缝隙，11-第四矩形缝隙，12-间隙。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本实施例的高隔离度双极化差分双频MIMO天线包括介质基板1，该介质基板1的相对介电常数为4.4，本实施例利用介质基板1的单层平面进行设计，所述介质基板1的正面印制有贴片2、地面3以及四个与贴片2连接的差分共面波导馈电端口。

所述四个差分共面波导馈电端口分别为第一差分共面波导馈电端口4、第二差分共面波导馈电端口5、第三差分共面波导馈电端口6和第四差分共面波导馈电端口7，所述第一差分共面波导馈电端口4和第二差分共面波导馈电端口5形成一对差分端口A(含馈电口A+和A-)，所述第三差分共面波导馈电端口6和第四差分共面波导馈电端口7形成一对差分端口B(含馈电口B+和B-)，差分端口A和差分端口B相互正交，馈电口A+和A-分别馈入幅度相等、相位相反的差分信号，同理馈电口B+和B-也一样。

所述贴片2为正方形贴片，所述第一差分共面波导馈电端口4、第二差分共面波导馈电端口5、第三差分共面波导馈电端口6和第四差分共面波导馈电端口7分别与正方形贴片的上侧、下侧、左侧和右侧连接，正方形贴片上刻蚀有四个矩形缝隙，以达到双频工作的目的，四个矩形缝隙分别为第一矩形缝隙8、第二矩形缝隙9、第三矩形缝隙10和第四矩形缝隙11，所述第一矩形缝隙8、第二矩形缝隙9、第三矩形缝隙10和第四矩形缝隙11所在位置分别靠近贴片的四个边缘处。

所述地面3为环形地面，其设置在贴片2的周围，所述贴片2和地面3之间形成间隙12，天线通过该间隙12进行辐射；差分端口A和差分端口B不仅共用了中间的贴片2，而且共用了地面3，使得天线的结构紧凑，体积小。

由于天线完全对称，因此当差分端口A工作时，位于馈电口A+和馈电口A-的正中间会形成一条电压为0的“虚拟地面”L1，也就是馈电口B+和馈电口B-所在的面上，说明差分端口B不会有差分信号输出；同理，当差分端口B工作时，位于馈电口B+和馈电口B-的正中间会形成一条电压为0的“虚拟地面”L2，也就是馈电口A+和馈电口A-所在的面上，说明差分端口A不会有差分信号输出；因此，不用任何去耦合结构，差分端口A和差分端口B都可以形成极高的隔离度，而且理论上是无穷大的。由于差分端口A和差分端口B相互正交，因此当它们工作时，可以形成相互正交的双极化特性。

如图2所示的电磁仿真奇模反射系数曲线，天线的两个工作带宽为3.2GHz～3.8GHz和5.2GHz～5.7GHz(这两个频段内，奇模反射系数的值都小于-10dB)，可以应用在WiMAX/WLAN系统中。

天线的两对差分端口A和差分端口B相互垂直放置在彼此的虚拟地面上，不仅形成了正交的双极化特性，而且也实现了极高的隔离度特性，如图3所示的电磁仿真隔离度曲线，在整个工作频带内，天线的隔离度达到了55dB以上，远高于普通MIMO天线单元间20dB的隔离度，这说明差分端口A和差分端口B可以独立工作，而不受彼此的影响。

上述贴片2、地面3以及四个差分共面波导馈电端口均采用金属材料构成，如铜等金属材料。

综上所述，本实用新型的MIMO天线采用结构简单的单层平面结构，并采用差分共面波导馈电，可以更容易与差分电路集成，两对差分馈电端口相互垂直放置，不仅可以实现双极化特性，而且可以实现极高的隔离度特性，整个天线具有设计简单，体积小，成本低，特性好的优点，还具有两个工作频段，可以应用在WiMAX/WLAN系统中。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

Claims (6)

1.高隔离度双极化差分双频MIMO天线，包括介质基板，其特征在于：所述介质基板的其中一个面上设有贴片、地面以及四个分别与贴片连接的差分共面波导馈电端口，所述贴片上刻蚀有多个矩形缝隙，所述地面设置在贴片的周围，所述贴片和地面之间形成间隙；所述四个差分共面波导馈电端口形成两对相互正交的差分端口。

2.根据权利要求1所述的高隔离度双极化差分双频MIMO天线，其特征在于：所述贴片上刻蚀有四个矩形缝隙，所述四个矩形缝隙所在位置分别靠近贴片的四个边缘处。

3.根据权利要求1所述的高隔离度双极化差分双频MIMO天线，其特征在于：所述贴片为正方形贴片，所述四个差分共面波导馈电端口分别与正方形贴片的上侧、下侧、左侧和右侧连接。

4.根据权利要求1所述的高隔离度双极化差分双频MIMO天线，其特征在于：所述地面为环形地面。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高隔离度双极化差分双频MIMO天线，其特征在于：所述介质基板采用相对介电常数为4.4的介质基板。

6.根据权利要求1-4任一项所述的高隔离度双极化差分双频MIMO天线，其特征在于：所述贴片、地面以及四个差分共面波导馈电端口均采用金属材料构成。