CN206003962U

CN206003962U - 一种紧凑型四单元超宽带mimo天线

Info

Publication number: CN206003962U
Application number: CN201621067003.8U
Authority: CN
Inventors: 王友保; 王大鹏; 杨健
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2026-09-20

Abstract

本实用新型公开了一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，包括背面接地的介质板，其特征是，还包括设置在介质板正面的四个相同的辐射单元、四段相同的微带馈线及馈电端口、四个相同的倒L形地板枝节、四条平行微带支条和两组相同的地板细缝。优点：1）本实用新型设计新颖的具有四个辐射单元的超宽带MIMO天线，具有良好匹配、低互耦、结构紧凑、尺寸小，低成本，适用于绝大部分无线传输设备；2）每个天线单元都能独立工作，且具有良好的辐射特性；3）本实用新型所设计的隔离结构简单、高效；4）适用于小型移动通信设备；5）采用的MIMO超宽带天线阵列，以很小的尺寸面积，频率覆盖了超宽带通信所需的3.1‑10.6GHz频段。

Description

一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线

技术领域

本实用新型涉及一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，属于无线短距离通信技术领域。

背景技术

在无线通信系统中，由于受到植被、建筑物、地表等诸多因素的影响，在发射机端发出的信号经过这些环境发生不同程度的折射、反射和直射等，造成到达接收机的不同路径的信号相位、幅度和时延都不尽相同，最终导致信号呈衰落状态，这种现象被称之为多径效应。时延的不同会产生信号误码，对通信系统产生非常严重的干扰且这种误码靠若只是通过增加发射功率是难以抹灭的。

MIM多天线技术的提出算是对对抗多径衰弱的福音，与传统技术不同，MIMO技术不再将它作为消极因素，在空间中充分利用分集和复用技术，大大的提高了信号稳定性和信道容量。将MIMO多天线技术结合到超宽带技术能够极大的增强其工作性能。

超宽带MIMO技术有着广泛的应用前景，它可以应用于军事、无线多媒体局域网、家庭娱乐、智能交通系统等多个领域。随着人们对设备小型化需求的提高，对超宽带MIMO天线提出了更高的要求。如何减小天线的尺寸同时保证天线单元之间具有高隔离度成了相当严峻的问题。

很显然，UWB MIMO天线的是极具探究价值的。但是通常来讲，当两个普通天线之间的距离小于二分之一个波长的时候，会产生强烈的互耦，干扰彼此的工作状态，严重降低它们各自的辐射效率和增益。所以，在UWB MIMO天线的设计中，保证宽频带阻抗匹配、小型化和高隔离都是必要的。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、紧凑、成本低廉的四单元超宽带MIMO天线，满足当前无线短距离终端设备便携化、小型化的需求。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，包括背面接地的介质板，其特征是，还包括设置在介质板正面的四个相同的辐射单元、四段相同的微带馈线及馈电端口、四个相同的倒L形地板枝节、四条平行微带支条和两组相同的地板细缝；所述的四个辐射单元对称设置在介质板正面的四个顶角位置，所述四段微带馈线的一端分别与所述四个辐射单元相连接，所述馈电端口设在每个所述微带馈线的另一端；在所述介质板短边一侧的两个辐射单元之间下方的介质板上延伸出对称的两个倒L形地板枝节和两个相互平行的微带支条，所述L形地板枝节的长边与短边与辐射单元相重合，构成双面双带线结构，每个所述微带支条平行于介质板长边设置在L形地板枝节的长边上；所述介质板长边一侧的相邻辐射单元之间地板上设置有两组地板缝隙。

进一步的，每个所述辐射单元上都设有矩形凹槽。

进一步的，所述介质板短边一侧的两个辐射单元下方的倒L枝节长边顶端互相垂直放置。

进一步的，所述介质板背面设有接地板。

本实用新型所达到的有益效果：

1）设计新颖的具有四个辐射单元的超宽带MIMO天线，具有良好匹配、低互耦、结构紧凑、尺寸小，低成本，适用于绝大部分无线传输设备；

2）本实用新型所设计的天线各个辐射单元之间的隔离度都很高，均低于-15dB。每个天线单元都能独立工作，且具有良好的辐射特性；

3）本实用新型所设计的隔离结构简单、高效；

4）本实用新型采用印刷单极子，平面结构设计，方便集成到电路板中，适用于小型移动通信设备；

5）本实用新型采用的MIMO超宽带天线阵列，以很小的尺寸面积，频率覆盖了超宽带通信所需的3.1-10.6GHz频段。

附图说明

图1是本实用新型超宽带MIMO天线结构示意图；

图2是本实用新型超宽带MIMO天线划分的尺寸图；

图3是本实用新型超宽带MIMO天线回波损耗和实测S参数示意图；

图4（a）是W9变化对天线S11参数的影响；

图4（b）是W6变化对天线S11参数的影响；

图4（c）是地板枝节变化对天线隔离度S12的影响；

图5（a）是有无地板缝隙组对天线隔离度S13、S14的影响；

图5（b）是对地板缝隙组仿真的结果；

图中的1是矩形凹槽，2是辐射单元，3是微带馈线，4是地板枝节，5是微带支条，6是地板细缝，7是接地板，8是介质板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示的一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，包括介质板8、设于介质板背面的接地板7，设于介质基板8正面的四个完全一样的辐射单元2，连接辐射单元2的的四个完全相同的微带馈线3，馈电端口P1、P2、P3、P4。

所述天线各个辐射单元2上的矩形凹槽1用于扩展低频带宽以及提高低频带宽部分的隔离度。

所述天线中各个辐射单元2下方地板上延伸出倒L形地板枝节4，它们的长边与短边与辐射单元2相重合，构成双面双带线结构。改变它们之间的重合部分，可以分别调节低频和高频部分的带宽。介质板8短边一侧的两个辐射单元下方的倒L形地板枝节4长边顶端互相垂直放置，以提高两辐射单元之间的隔离度。

所述天线中两个长边顶端互相垂直放置的倒L形地板枝节4上连接有四个微带支条5，相当于一个低频谐振器，以此来改善低频段的隔离度。

所述天线中介质板8长边一侧的相邻辐射单元2之间介质板上设置有两组地板缝隙6，相当于低频带阻滤波器，提高低频部分的隔离度。

如图2所示，本实用新型的紧凑型四单元超宽带MIMO天线，它包括了相对介电常数为4.4、损耗正切值为0.02，厚度为0.8mm的FR4介质板8、设于介质板背面的接地板7，设于介质板正面的四个完全一样的辐射单元2，连接辐射单元的的四个完全相同的微带馈线3，馈电端口P1-P4。

所述的紧凑型四单元超宽带MIMO天线，其特征在于所述的天线具有四个结构相同的辐射单元，并且采用印刷单极子天线，平面结构、对称放置，极大地减小了所述天线的尺寸。

所述的紧凑型超宽带MIMO天线的仿真回波损耗和实测得到的S参数数据如图3所示，由于各个辐射单元均高度对称，为了简洁、方便观看，在图3中仅列出了第一辐射单元及其与其它辐射单元的S参数曲线。可以看出所述天线在超宽带（UWB）（3.1-10.6GHz）频段上获得了良好的阻抗匹配。第一辐射单元与其它辐射单元之间的隔离度均大于-15dB，所述天线具有良好的工作特性。

首先要设计一款工作在超宽带（3.1-10.6GHz）频段范围内的辐射单元，在介质基板短边仅放置两个相同的辐射单元2。由于空间电磁场和接地电流的影响，会破坏它们原有的阻抗匹配。为此在两个辐射单元下方地板上均延伸出倒L形地板枝节。调节W9的大小，即改变辐射单元与倒L形地板枝节的重合面积。随着W9的增加，即耦合面积增加，带宽向低频移动，如图4（a）。调节W6的大小，同样是改变辐射单元与倒“L”枝节的重合面积。随着W6减小，即耦合面积减小，带宽向高频移动，如图4（b）。而两个倒“L”枝节的长边互相垂直放置，使得它们上面的电流相互垂直，极大减小了两个辐射单元之间的耦合，提高了两个辐射单元之间的隔离度，如图4（c）。可以看出在没有加入任何枝节的情况下，两辐射单元之间的隔离度均小于-10dB，主要是由于辐射单元特殊的三角形斜边结构达到的。在辐射单元的凹槽相当于低频谐振器，使得低频4GHz附近隔离度低于-25dB。加入两个互相垂直的倒“L”枝节之后两个辐射单元之间的隔离度在5GHz以上均获得了极大的改善，小于-20dB。但是3-5GHz的隔离度有所提高但是仍然在-20dB附近，这主要是由于倒“L”枝节与辐射单元形成双面双带线，它们之间具有强烈的耦合导致的，会破坏它们之间的低相关性。

如图5（a）所示为第一辐射单元与第三辐射单元、第四辐射单元之间的隔离度。当没有加入地板缝隙组的时候，第一辐射单元与第三辐射单元之间具有良好的隔离度；但是第一辐射单元与第四辐射单元之间的隔离度在3-6.5GHz之间都是大于-15dB的。当在介质基板长边一侧的地板上都加入缝隙组后，第一辐射单元与第三辐射单元之间的隔离度略微得到改善；而第一辐射单元与第四辐射单元之间的隔离度却得到极大的改善，整个频段上的隔离度均小于-15dB。这是因为这两组地板缝隙相当于低频的带阻滤波器，很好的阻绝了介质板长边一侧两辐射单元间接地电流的影响，从而降低了它们之间的耦合，如图5（b）所示。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，包括背面接地的介质板，其特征是，还包括设置在介质板正面的四个相同的辐射单元、四段相同的微带馈线及馈电端口、四个相同的倒L形地板枝节、四条平行微带支条和两组相同的地板细缝；所述的四个辐射单元对称设置在介质板正面的四个顶角位置，所述四段微带馈线的一端分别与所述四个辐射单元相连接，所述馈电端口设在每个所述微带馈线的另一端；在所述介质板短边一侧的两个辐射单元之间下方的介质板上延伸出对称的两个倒L形地板枝节和两个相互平行的微带支条，所述L形地板枝节的长边与短边与辐射单元相重合，构成双面双带线结构，每个所述微带支条平行于介质板长边设置在L形地板枝节的长边上；所述介质板长边一侧的相邻辐射单元之间地板上设置有两组地板缝隙。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，其特征是，每个所述辐射单元上都设有矩形凹槽。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，其特征是，所述介质板短边一侧的两个辐射单元下方的倒L枝节长边顶端互相垂直放置。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑型四单元超宽带MIMO天线，其特征是，所述介质板背面设有接地板。