CN215732192U - 一种小型化具有五陷波特性的uwb-mimo天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型化具有五陷波特性的UWB‑MIMO天线，包括介质基板，还包括设置在介质基板正面的两个天线单元，两个天线单元结构相同且以基板中心轴线对称分布，天线单元包括辐射单元、微带线和金属寄生枝节，辐射单元与微带线连接，金属寄生枝节为两个且设置在微带线两侧，辐射单元上设置有4个开口环状裂缝，介质基板背面底边设置有金属地板，金属地板上开设有矩形开口槽，背面寄生枝节与矩形开口槽的槽底连接。本实用新型去耦效果好，尺寸小，且有五个陷波频段的滤波特性，两辐射单元之间的电磁耦合小，天线单元具有尺寸紧凑，易于加工生产和结构轻巧简便的优点。

Description

一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，具体涉及一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线。

背景技术

超带宽(Ultra-wideband，简写UWB)技术通过发射纳秒甚至皮秒级的极窄脉冲来传输数据，具有频带宽(3.1-10.6GHz)、发射功率低、传输速率高、抗干扰能力强等优点。MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)多输入多输出技术采用分集技术，充分利用多径衰落，使得通信系统的信道容量突破香农容量瓶颈。将MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)应用于UWB系统，也就是UWB-MIMO可以使得通信系统传输速率高达1Gb/s，同时成倍提高信道容量。

随着无线通信和智能技术的发展，天线的小型化成了追求的目标。但是随着天线尺寸的减小，在UWB-MIMO系统有限空间内，天线单元间的耦合增强。耦合效应的存在会严重影响通信系统的性能参数。因此在UWB-MIMO天线小型化的同时减小耦合度成了不可忽视的问题。

另外一个值得关注的问题是电磁干扰。在3.1-10.6GHz UWB的频段范围内还分布着其他的通信系统，比如3.5GHz全球微波互联接入WiMAX(Worldwide Interoperabilityfor Microwave Access)、5.5GHz无线局域网WLAN(Wireless Local Area Networks)和7.5GHz X波段等。传统的解决电磁干扰的方法是在通信系统中额外设计滤波装置，但是这样会占据较大的空间，不利于集成，同时还会增加开销。如果能在天线上设计具有陷波特性或者阻带特性的单元将是最直接有效的方法。

考虑到如下两个因素：第一：一般的去耦方法结构复杂，且大多适用于窄带系统，不易实现也不利于集成多种通信系统。第二，传统的抗电磁干扰方法会占据较大空间，也不利于集中的缺点。因而，设计具有高隔离度和多陷波特性的UWB-MIMO天线具有理论和实际意义。由于微带天线具有剖面低、尺寸小、价格便宜和方便集成等优势，所以本专利将设计一款小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO微带天线。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线。

为实现上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线，包括介质基板，还包括设置在介质基板正面的两个天线单元，两个天线单元结构相同且以基板中心轴线对称分布，

天线单元包括辐射单元、微带线和金属寄生枝节，辐射单元与微带线连接，金属寄生枝节为两个且设置在微带线两侧，辐射单元上设置有4个开口环状裂缝，

介质基板背面底边设置有金属地板，金属地板上开设有矩形开口槽，背面寄生枝节与矩形开口槽的槽底连接。

如上所述的辐射单元包括一体化连接的直角三角单元、矩形单元、以及半圆形单元，直角三角单元的底侧直角边与矩形单元的顶边长度一致且对齐一体化连接，矩形单元的底边与半圆形单元的直径边长度一致且对齐一体化连接，半圆形单元的弧边中心与微带线一体化连接。

如上所述的微带线为等腰梯形，微带线的顶边与半圆形单元的弧边中心一体化连接，微带线的底边为连接端口，半圆形单元和微带线的对称轴共线。

如上所述的金属寄生枝节为C形且开口方向背离微带线，每个天线单元的两个金属寄生枝节以微带线的对称轴对称分布。

如上所述的开口环状裂缝包括第一开口环状裂缝、第二开口环状裂缝、第三开口环状裂缝和第四开口环状裂缝，第一开口环状裂缝包覆第二开口环状裂缝，第二开口环状裂缝包覆第三开口环状裂缝，第三开口环状裂缝包覆第四开口环状裂缝，第一开口环状裂缝、第二开口环状裂缝、第三开口环状裂缝和第四开口环状裂缝的对称轴均与微带线的对称轴共线。

如上所述的金属地板、矩形开口槽、以及背面寄生枝节均以基板中心轴线为对称轴。

如上所述的背面寄生枝节包括矩形条状寄生枝节和一体化设置在矩形条状寄生枝节两侧的多个半圆寄生枝节。

如上所述的矩形条状寄生枝节以基板中心轴线为对称轴，矩形条状寄生枝节两侧的半圆寄生枝节以基板中心轴线对称分布。

本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、糖葫芦型去耦效果好。

2、与一般的UWB-MIMO天线对比，具有尺寸小，且有五个陷波频段的滤波特性。

3、本实用新型两辐射单元之间的电磁耦合小，天线单元具有尺寸紧凑，易于加工生产和结构轻巧简便的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的尺寸示意图；

图3是开口环状裂缝的结构示意图；

图4是介质基板背面结构示意图；

图5是天线回波损耗的仿真曲线图；

图6是天线单元的两个连接端口之间耦合度仿真曲线图。

图中：1-介质基板；2-辐射单元；3-金属寄生枝节；4-金属地板；401-矩形开口槽；5-背面寄生枝节；6-微带线；201-直角三角单元；202-矩形单元；203-半圆形单元；501-矩形条状寄生枝节；502-半圆寄生枝节；21-第一开口环状裂缝；22-第二开口环状裂缝；23-第三开口环状裂缝；24-第四开口环状裂缝。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1：

一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线，包括介质基板1，还包括设置在介质基板1正面的两个天线单元，两个天线单元结构相同且以基板中心轴线对称分布，

天线单元包括辐射单元2、微带线6和金属寄生枝节3，辐射单元2与微带线6连接，金属寄生枝节3为两个且设置在微带线6两侧，辐射单元2上设置有4个开口环状裂缝，

介质基板1背面底边设置有金属地板4，金属地板4上开设有矩形开口槽401，背面寄生枝节5与矩形开口槽401的槽底连接。

长方形介质基板1为长方形，长L*宽w为30mm*44mm，采用的材质为FR4材质，其介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度为0.8mm。Port1和Port2分别对应两个天线单元的连接端口，同轴线与这连接端口连接实现对微带线的馈电。

辐射单元2包括一体化连接的直角三角单元201、矩形单元202、以及半圆形单元203，直角三角单元201的底侧直角边与矩形单元202的顶边长度一致且对齐一体化连接，矩形单元202的底边与半圆形单元203的直径边长度一致且对齐一体化连接，半圆形单元203的弧边中心与微带线6一体化连接。

直角三角单元201的底侧直角边的长度为2*R5，另一直角边的长度为L7；矩形单元202的长为L1，宽为2*R5。半圆形单元203的半径为R5。

微带线6为等腰梯形，微带线6的顶边与半圆形单元203的弧边中心一体化连接，微带线6的底边为连接端口，半圆形单元203和微带线6的对称轴共线。

微带线6的顶边宽度为w5，底边的宽度为w7，微带线6的高度为L2。两个辐射单元2的间距为w-4*R5。

金属寄生枝节3为C形且开口方向背离微带线6，每个天线单元的两个金属寄生枝节3以微带线6的对称轴对称分布。

金属寄生枝节3的宽为L4，长为L3，金属寄生枝节3的线宽均匀且为w6，金属寄生枝节3与微带线6的底边的距离为d5。

开口环状裂缝包括第一开口环状裂缝21、第二开口环状裂缝22、第三开口环状裂缝23和第四开口环状裂缝24，第一开口环状裂缝21包覆第二开口环状裂缝22，第二开口环状裂缝22包覆第三开口环状裂缝23，第三开口环状裂缝23包覆第四开口环状裂缝24，第一开口环状裂缝21、第二开口环状裂缝22、第三开口环状裂缝23和第四开口环状裂缝24的对称轴均与微带线6的对称轴共线。

第一开口环状裂缝21、第二开口环状裂缝22、第三开口环状裂缝23和第四开口环状裂缝24的半径分别为R4、R3、R2和R1；第一开口环状裂缝21、第二开口环状裂缝22、第三开口环状裂缝23和第四开口环状裂缝24的弧宽分别为w4、w3、w2和w1，第一开口环状裂缝21、第二开口环状裂缝22、第三开口环状裂缝23和第四开口环状裂缝24的开口宽度分别为g4、g3、g2和g1。第一开口环状裂缝21、第二开口环状裂缝22、第三开口环状裂缝23和第四开口环状裂缝24所在圆心相对微带线6底边距离分别为d4、d3、d2和d1。

金属地板4、矩形开口槽401、以及背面寄生枝节5均以基板中心轴线为对称轴。

背面寄生枝节5包括矩形条状寄生枝节501和一体化设置在矩形条状寄生枝节501两侧的多个半圆寄生枝节502。

矩形条状寄生枝节501以基板中心轴线为对称轴，矩形条状寄生枝节501两侧的半圆寄生枝节502以基板中心轴线对称分布。

金属地板4的宽*长分别为w*L5。为了改善阻抗匹配，矩形开口槽401开设在金属地板4顶边，矩形开口槽401的宽*长分别为w9*L6。为了减小辐射单元之间的耦合，在金属地板4中心引入糖葫芦型的背面寄生枝节5。矩形条状寄生枝节501的宽*长为w8*L-(L5-L6)，半圆寄生枝节502半径为R6，本实施例中，半圆寄生枝节502为8对。

如图5所示为天线回波损耗S11的仿真曲线图。由图5可天线实现了在3.48-4GHz、5.2-5.7GHz、5.9-6.3GHz、7.5-7.9GHz和8.3-8.9GHz五个频段的陷波特性。

图6是天线单元的两个连接端口之间耦合度S21仿真曲线图。由图可见，在天线的工作频段，两个连接端口的耦合度几乎都小于-20dB，达到了MIMO的标准-15dB。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线，包括介质基板(1)，其特征在于，还包括设置在介质基板(1)正面的两个天线单元，两个天线单元结构相同且以基板中心轴线对称分布，

天线单元包括辐射单元(2)、微带线(6)和金属寄生枝节(3)，辐射单元(2)与微带线(6)连接，金属寄生枝节(3)为两个且设置在微带线(6)两侧，辐射单元(2)上设置有4个开口环状裂缝，

介质基板(1)背面底边设置有金属地板(4)，金属地板(4)上开设有矩形开口槽(401)，背面寄生枝节(5)与矩形开口槽(401)的槽底连接。

2.根据权利要求1所述的一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线，其特征在于，所述的辐射单元(2)包括一体化连接的直角三角单元(201)、矩形单元(202)、以及半圆形单元(203)，直角三角单元(201)的底侧直角边与矩形单元(202)的顶边长度一致且对齐一体化连接，矩形单元(202)的底边与半圆形单元(203)的直径边长度一致且对齐一体化连接，半圆形单元(203)的弧边中心与微带线(6)一体化连接。

3.根据权利要求2所述的一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线，其特征在于，所述的微带线(6)为等腰梯形，微带线(6)的顶边与半圆形单元(203)的弧边中心一体化连接，微带线(6)的底边为连接端口，半圆形单元(203)和微带线(6)的对称轴共线。

4.根据权利要求3所述的一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线，其特征在于，所述的金属寄生枝节(3)为C形且开口方向背离微带线(6)，每个天线单元的两个金属寄生枝节(3)以微带线(6)的对称轴对称分布。

5.根据权利要求3所述的一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线，其特征在于，所述的开口环状裂缝包括第一开口环状裂缝(21)、第二开口环状裂缝(22)、第三开口环状裂缝(23)和第四开口环状裂缝(24)，第一开口环状裂缝(21)包覆第二开口环状裂缝(22)，第二开口环状裂缝(22)包覆第三开口环状裂缝(23)，第三开口环状裂缝(23)包覆第四开口环状裂缝(24)，第一开口环状裂缝(21)、第二开口环状裂缝(22)、第三开口环状裂缝(23)和第四开口环状裂缝(24)的对称轴均与微带线(6)的对称轴共线。

6.根据权利要求1所述的一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线，其特征在于，所述的金属地板(4)、矩形开口槽(401)、以及背面寄生枝节(5)均以基板中心轴线为对称轴。

7.根据权利要求6所述的一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线，其特征在于，所述的背面寄生枝节(5)包括矩形条状寄生枝节(501)和一体化设置在矩形条状寄生枝节(501)两侧的多个半圆寄生枝节(502)。

8.根据权利要求7所述的一种小型化具有五陷波特性的UWB-MIMO天线，其特征在于，所述的矩形条状寄生枝节(501)以基板中心轴线为对称轴，矩形条状寄生枝节(501)两侧的半圆寄生枝节(502)以基板中心轴线对称分布。

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