CN208014900U - 一种高隔离宽带mimo天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高隔离宽带MIMO天线，包括第一介质基板、第二介质基板、金属地板、四个贴片辐射单元及四个输入端口；第一介质基板位于第二介质基板上方，它们之间预留有空气层；四个贴片辐射单元关于中心旋转对称设在第一介质基板顶面，每个贴片辐射单元均包括凹形寄生贴片、具有半波长的矩形贴片、凸形寄生贴片，凹形寄生贴片和凸形寄生贴片分别平行耦合于矩形贴片的相对两侧，金属地板设在第二介质基板的顶面，并开有四条缝隙，四个输入端口的微带馈线是设在第二介质基板的底面，通过缝隙来激励相应的矩形贴片。本实用新型能够实现很好的阻抗匹配、隔离度和辐射特性，并且不需要额外的去耦结构，具有低剖面、交叉极化低、成本低等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线的技术领域，尤其是指一种高隔离宽带MIMO天线。
背景技术
MIMO系统，即多输入多输出系统，通过设置多根发射和接收天线，再经过特定的数据处理，通信容量能够成倍的增加，从而满足现在日益增长的通信服务需求。现有的大部分MIMO系统中，MIMO天线大部分都是关于窄带天线单元的设计，天线单元之间的隔离只能在很窄的一段频率内满足。并且为了减小天线单元之间的互耦，通常需要加入额外的去耦结构或者加大天线单元之间的距离。额外的去耦结构通常会引入不必要的辐射性能的恶化，并且随着现在电子器件小型化的发展趋势，增大天线单元之间距离的去耦方式也是不可取的。
对现有技术进行调查了解，具体如下：
2016年，Hongye Qi等人在"IEEE ANTENNAS WIRELESS PROPAGATION LETTER"上发表题为"“Improving isolation between closely spaced patch antennas usinginterdigital lines"，文中通过在两个矩形贴片之间加入短路短截线来引入一个带阻结构，从而减小两个天线单元之间的互耦。通过使用三个短路短截线，文中的MIMO天线实现了大于20dB的隔离度。然而由于去耦结构上的强电流的存在，天线的反射系数和辐射方向图都受到了不同程度的恶化。
2017年，Seahee Hwangbo等人在"IEEE ANTENNAS WIRELESS PROPAGATIONLETTER"上发表题为"Mutual Coupling Reduction Using Micromachined ComplementaryMeander-Line Slots for a Patch Array Antenna"，文中通过在地板上挖多个对称的弯折槽线来减小天线单元之间的互耦。地板上的槽线起到了一个带阻的选择性效果，增大了天线单元之间的隔离度，但是这些槽线会在反射系数中引入不必要的反射零点。文中测试的辐射方向图也受到了一定程度的影响。
总的来说，现有的工作中，有不少关于MIMO天线的研究，但是大部分都是注重于窄带的天线单元的设计，并且通常为了增强隔离度，需要使用额外的去耦结构。设计一款具有宽的阻抗带宽并且辐射特性好的MIMO天线具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种结构紧凑的高隔离宽带MIMO天线，能够实现很好的阻抗匹配、隔离度和辐射特性，并且不需要额外的去耦结构，具有设计灵活、低剖面、交叉极化低、成本低等优点。
为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种高隔离宽带MIMO天线，包括有第一介质基板、第二介质基板、金属地板、四个相同的贴片辐射单元及与该四个贴片辐射单元一一对应的四个输入端口；所述第一介质基板位于第二介质基板上方，且它们之间预留有空气层；所述四个贴片辐射单元关于中心旋转对称设置在第一介质基板的顶面，且相邻两个贴片辐射单元相互垂直，每个贴片辐射单元均包括有凹形寄生贴片、具有半波长的矩形贴片、凸形寄生贴片，所述凹形寄生贴片和凸形寄生贴片分别平行耦合于矩形贴片的相对两侧，以获得宽带特性，且所述凸形寄生贴片的凸起朝向凹形寄生贴片的凹槽位；所述金属地板设置在第二介质基板的顶面，并开有四条与四个贴片辐射单元一一对应的缝隙，所述四个输入端口的微带馈线是设置在第二介质基板的底面，通过金属地板上的四个缝隙来激励相应贴片辐射单元的矩形贴片。
所述凹形寄生贴片的谐振频率低于矩形贴片，所述凸形寄生贴片的谐振频率高于矩形贴片。
所述输入端口为50欧姆的阻抗匹配。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、由于所用宽带单元在不同谐振频率处最大电流位置不同，该MIMO天线无需多余的去耦结构就能实现较高的隔离度。
2、由于没有使用额外的去耦结构，该MIMO天线的方向图实现了很好的边射特性，并且通带内阻抗匹配良好。
3、本实用新型的高隔离宽带MIMO天线结构简单紧凑，加工简单，重量轻，加工成本低，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型的高隔离宽带MIMO天线的立体图。
图2为本实用新型的高隔离宽带MIMO天线的俯视图。
图3为本实用新型的高隔离宽带MIMO天线的反射系数和隔离度的仿真结果。
图4为本实用新型的高隔离宽带MIMO天线在工作通带中心频率处的归一化辐射方向图(H面和E面)仿真结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型做进一步的说明。
参见图1和图2所示，本实施例所提供的高隔离宽带MIMO天线，包括有第一介质基板1、第二介质基板2、金属地板3、四个相同的贴片辐射单元4及与该四个贴片辐射单元4一一对应的四个输入端口；所述第一介质基板1位于第二介质基板2上方，且它们之间预留有空气层5；所述四个贴片辐射单元4关于中心旋转对称设置在第一介质基板1的顶面以获得足够的隔离度，且相邻两个贴片辐射单元4之间相互垂直，每个贴片辐射单元4均包括有凹形寄生贴片401、具有半波长的矩形贴片402、凸形寄生贴片403，所述凹形寄生贴片401和凸形寄生贴片403分别平行耦合于矩形贴片402的相对两侧，以获得宽带特性，且所述凸形寄生贴片403的凸起朝向凹形寄生贴片401的凹槽位；所述金属地板3设置在第二介质基板2的顶面，且该金属地板3上开有与四个贴片辐射单元4一一对应的四条缝隙31，所述四个输入端口的微带馈线6是设置在第二介质基板2的底面，通过金属地板3上的四个缝隙31来激励相应贴片辐射单元4的矩形贴片402。其中，四个输入端口均为50欧姆的阻抗匹配，第一介质基板1和第二介质基板2的介电常数均为2.55，损耗角正切为0.0029，厚度均为0.8毫米；每两个贴片辐射单元4之间的距离为0.09λ0，其中λ0自由空间波长；设计空气层5的厚度为1毫米。
参见图3所示，显示了本实施例上述高隔离宽带MIMO天线的反射系数和隔离度的仿真结果。从图中可以看到，天线在通带内实现了良好的阻抗匹配并且贴片辐射单元之间的隔离度S31和S21均大于20dB。隔离度曲线S31和S21上都出现了多个传输零点，这大大减小了贴片辐射单元之间的互耦。
参见图4所示，显示了本实施例上述高隔离宽带MIMO天线在通带中心频率处E面和H面的归一化辐射方向图仿真结果。从图中可以看到，该天线在E面和H面均实现了良好的定向辐射特性，并且边射方向的交叉极化均低于-30dBi。因此，本实用新型天线具有很好的应用前景，值得推广。
以上所述实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (3)
1.一种高隔离宽带MIMO天线，其特征在于：包括有第一介质基板、第二介质基板、金属地板、四个相同的贴片辐射单元及与该四个贴片辐射单元一一对应的四个输入端口；所述第一介质基板位于第二介质基板上方，且它们之间预留有空气层；所述四个贴片辐射单元关于中心旋转对称设置在第一介质基板的顶面，且相邻两个贴片辐射单元相互垂直，每个贴片辐射单元均包括有凹形寄生贴片、具有半波长的矩形贴片、凸形寄生贴片，所述凹形寄生贴片和凸形寄生贴片分别平行耦合于矩形贴片的相对两侧，以获得宽带特性，且所述凸形寄生贴片的凸起朝向凹形寄生贴片的凹槽位；所述金属地板设置在第二介质基板的顶面，并开有四条与四个贴片辐射单元一一对应的缝隙，所述四个输入端口的微带馈线是设置在第二介质基板的底面，通过金属地板上的四个缝隙来激励相应贴片辐射单元的矩形贴片。
2.根据权利要求1所述的一种高隔离宽带MIMO天线，其特征在于：所述凹形寄生贴片的谐振频率低于矩形贴片，所述凸形寄生贴片的谐振频率高于矩形贴片。
3.根据权利要求1所述的一种高隔离宽带MIMO天线，其特征在于：所述输入端口为50欧姆的阻抗匹配。
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|---|---|---|---|---|
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| WO2021168926A1 (zh) * | 2020-02-26 | 2021-09-02 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 阵列天线和基站 |
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2018
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