一種高隔離度mimo天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高隔離度MIMO(多輸入多輸出)天線。
【背景技術(shù)】
[0002]無線MIMO技術(shù)被認為是實現(xiàn)未來高速寬帶無線Internet接入的關(guān)鍵技術(shù)之一，可以滿足未來移動通信高速的傳輸速率和寬覆蓋范圍的需求，在移動通信系統(tǒng)中有著廣闊的應用前景。傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)通常僅采用一個發(fā)射天線和一個接收天線，即SISO(單輸入單輸出)系統(tǒng)，其信道容量受到香農(nóng)定理的限制，而采用多輸入多輸出的MMO技術(shù)在不需要增加頻譜帶寬或總發(fā)射功率情況下，采用多天線分集技術(shù)，大幅度增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量和傳輸距離。MMO技術(shù)的核心概念為利用多根發(fā)射天線與多根接收天線所提供的空間自由度來有效提升無線通信系統(tǒng)的頻譜效率，提升數(shù)據(jù)傳輸速率并改善通信質(zhì)量。MMO技術(shù)將分集、復合和波束成形很好的結(jié)合利用，實現(xiàn)了空間頻譜資源利用的最大化，并且通過提供空分復用增益來增加系統(tǒng)容量，另外采用MIMO技術(shù)所發(fā)出的信息處于不同的空間層面，因此不會額外增加系統(tǒng)帶寬和發(fā)射機總功率，被認為是新一代寬帶無線通信系統(tǒng)中的革命性技術(shù)。
[0003]MIMO技術(shù)中最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)是MIMO天線的設(shè)計，一個福射性能良好、隔離度高、尺寸小、頻帶寬的天線單元又是MMO天線的重要組成部分。目前提高隔離度的方法很多，如采用左手材料、在地板上設(shè)計隔離結(jié)構(gòu)等。傳統(tǒng)的MMO天線普遍存在隔離度差、頻帶窄、尺寸大等問題，對于小型化移動設(shè)備來說無法滿足其需求，限制了 MIMO技術(shù)在無線通信領(lǐng)域中的應用。在實際工程中，還要考慮天線之間的互耦、極化特性，如何增大天線的阻抗帶寬等問題。
[0004]2014年吳艷杰等人提出了 “窄間距的低SAR高隔離的MMO天線”(專利申請?zhí)朇N201410270689.X ;申請公布日:2014.09.03 ;發(fā)明人:吳艷杰，羅文波，吳多龍)，該窄間距的低SAR高隔離的MMO天線如圖1所示，包括基板，所述基板上邊緣兩端設(shè)置有第一金屬輻射體、第二金屬輻射體，兩個輻射體都是單極子天線、集總加載電容和接地板，該天線結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，但該天線仍存在隔離度較差，增益較低的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明公開了一種高隔離度MMO天線，該天線包括兩個鏡像對稱的單元天線，兩個單元天線之間加載隔離器使系統(tǒng)的隔離性能增強，地板開槽使天線帶寬增加，本發(fā)明旨在改善傳統(tǒng)的MIMO天線存在的隔離度差、頻帶窄、尺寸大的問題。
[0006]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]一種具有高隔離度的MMO天線，天線整體沿中軸線左右鏡像對稱，包括:矩形介質(zhì)基板，設(shè)于介質(zhì)基板正面的第一輻射體、第二輻射體、第一微帶饋線、第二微帶饋線及隔離器，設(shè)于介質(zhì)基板背面的接地板，其特征在于:
[0008]所述第一輻射體及第二輻射體分別設(shè)置于介質(zhì)基板上端左右兩角；所屬輻射體為平面E字型金屬貼片，其開口方向朝內(nèi)；
[0009]所述第一微帶饋線、第二微帶饋線均為長條形金屬貼片，其一端為饋電端口、位于介質(zhì)基板的邊，另一端分別連接第一輻射體、第二輻射體；
[0010]所述接地板為一帶有矩形缺口的矩形金屬地板，其未開槽的長邊與介質(zhì)基板的下邊重合，其短邊與介質(zhì)基板的側(cè)邊重合，所述矩形缺口位于金屬地板長邊中央，所述矩形缺口能有效改善饋電端口的阻抗匹配，增加阻抗帶寬。
[0011]所述隔離器為連接兩個微帶饋線、電長度為二分之一波導波長的微帶線，可以中和耦合電流，降低端口互耦效應，用于改善端口隔離度。
[0012]本發(fā)明通過在饋線間引入隔離器和在接地板開槽的方式來達到增強端口隔離度和減小天線尺寸的目的。本發(fā)明天線采用微帶饋電的方式，易于集成在微波平面電路中，適用于小型移動設(shè)備。相比現(xiàn)有的四單元、六單元等天線陣列，本發(fā)明的二單元天線，在保證天線阻抗帶寬寬的同時實現(xiàn)了小型化的設(shè)計以及具有良好的輻射特性。本發(fā)明同時具有了低互耦、寬帶寬、結(jié)構(gòu)緊湊、低成本等優(yōu)點，覆蓋WLAN波段，并具有全向輻射的特點，不存在信號的盲區(qū)或燈下黑現(xiàn)象，非常適合應用于手持終端設(shè)備或WLAN無線路由器中。
【附圖說明】
[0013]圖1是【背景技術(shù)】窄間距的低SAR高隔離的MMO天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明實施例天線正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明實施例天線背面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是加入隔離器與未加入隔離器的隔離度(S21)曲線圖；
[0017]圖5是天線的實測圖與仿真圖的對比；
[0018]圖6是加入隔離器與未加入隔離器的回波損耗(Sll)曲線圖。
[0019]圖中標記說明:介質(zhì)基板⑴、第一輻射體(2a)、第二輻射體(2b)、第一微帶饋線(3a)、第二微帶饋線(3b)、隔離器(4)、接地板(5)、矩形缺口 (6)0
【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0021]本實施例所述的天線采用的介質(zhì)基板(I)材料是FR_4(環(huán)氧玻璃纖維板)，基板尺寸為WX L，厚度為h，其中W = 39mm，L = 52mm，h = 1.6mm。工作在WLAN頻段，天線采用微帶饋電的方式，兩微帶饋線的長度Wf = 28mm，寬度Wl = 2mm，敷銅厚度為0.035mmo
[0022]本實施例中的兩輻射體為E型平面微帶金屬貼片，枝節(jié)寬度1.97mm，敷銅厚度為0.035mm，兩個輻射體分別位于介質(zhì)基板(I)上端的左右兩角，開口方向朝內(nèi)、鏡像對稱設(shè)置。如圖 2 所不，其中 LI = 10mm，L2 = 3mm，L3 = 10mm，L4 = 2.75mm。LI 和 L3 共同決定低頻諧振頻率，L3決定高頻諧振頻率，L2、L4為調(diào)諧枝節(jié)，調(diào)節(jié)阻抗帶寬。
[0023]本實施例中的隔離器連接兩微帶饋線，并且臨近輻射貼片，線寬0.3mm，敷銅厚度為0.035mm。隔離器的工作機理可以作如下解釋:一、隔離器的長度為(nl+n2) X 2+n3 =33_，約為2.4GHz所對應的波長的二分之一，相當于一個半波諧振器，在2.4GHz處，從一個端口(3a)流向另一個端口(3b)的耦合電流會在隔離器上中和。二、隔離器可以看成是在天線單元間加入一個反射板，該反射板能有效的阻斷天線工作在5-6GHZ時，天線單元間通過空間輻射所引起的耦合，因此可以顯著的改善天線高頻部分的隔離度。三、隔離器可以看成一個半波單極子天線，從圖6可以看出在4.5GHz處產(chǎn)生新的諧振頻段，增加了高頻部分的帶寬。
[0024]本實施例采用帶有矩形缺口的接地板，接地板長為52mm，寬為24mm，敷銅厚度為0.035mm，矩形缺口尺寸為SLX SW，其中SL = 9mm, Sff = 6mm，矩形缺口的目的是改變地表電流分布，從而改善阻抗帶寬。
[0025]圖4是本實施例S21的仿真圖，給出了隔離器的引入對隔離度的影響，以5-6GHz為例，未引入隔離器時，天線的隔離度小于-9.8dB，引入隔離器后，天線的隔離度小于-15dB。圖5是本實施例S21的實測圖，在整個工作頻段范圍內(nèi)，天線的隔離度小于-15dB，滿足設(shè)計要求。
【主權(quán)項】
1.一種具有高隔離度的MIMO天線，包括:矩形介質(zhì)基板，設(shè)于介質(zhì)基板正面的第一福射體、第二輻射體、第一微帶饋線、第二微帶饋線及隔離器，設(shè)于介質(zhì)基板背面的接地板，其特征在于:所述第一輻射體及第二輻射體分別設(shè)置于介質(zhì)基板上端左右兩角；所述輻射體為平面E字型金屬貼片，其開口方向朝內(nèi)； 所述第一微帶饋線、第二微帶饋線均為長條形金屬貼片，其一端為饋電端口、位于介質(zhì)基板的下邊緣，另一端分別連接第一輻射體、第二輻射體的； 所述接地板為帶矩形缺口的矩形金屬地板，其未開槽的長邊與介質(zhì)基板的下邊緣重合，其兩短邊與介質(zhì)基板的兩側(cè)邊重合，所述矩形缺口位于金屬地板長邊中央； 所述隔離器為連接兩個微帶饋線的微帶線。
2.如權(quán)利要求1所述的一種具有高隔離度的MIMO天線，其特征在于:天線整體沿中軸線左右鏡像對稱。
3.如權(quán)利要求1所述的一種具有高隔離度的MIMO天線，其特征在于:所述隔離器的電長度為二分之一波導波長。
【專利摘要】該發(fā)明公開了一種高隔離度MIMO天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。該天線整體沿中軸線左右鏡像對稱，包括：矩形介質(zhì)基板，設(shè)于介質(zhì)基板正面的第一輻射體、第二輻射體、第一微帶饋線、第二微帶饋線及隔離器，設(shè)于介質(zhì)基板背面的帶矩形缺口的接地板。加載隔離器使系統(tǒng)的隔離性能增強，地板開槽使天線帶寬增加，本發(fā)明能有效改善傳統(tǒng)的MIMO天線存在的隔離度差、頻帶窄、尺寸大的問題。
【IPC分類】H01Q1-52
【公開號】CN104701623
【申請?zhí)枴緾N201410705130
【發(fā)明人】胡昊, 路志剛, 彭立
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月25日