CN109904606A - 一种高隔离度三频四单元mimo天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高隔离度三频四单元MIMO天线，它包括：介质基板、四个天线辐射单元、四个同轴馈电头、接地板、两个中间开缝Y型枝节、四个矩形地板缝隙；其天线辐射单元采用了两个天线辐射段结构设计，包括：呈倒“乙”形弯折线条状为第一天线辐射段、呈“L”形弯折线条状为第二天线辐射段；四个天线单元分别放置在介质基板的四角，背对背放置。本发明MIMO天线工作频率为2.5GHz、3.5GHz、5.8GHz，可应用于WLAN(2.4GHz和5.8GHz)、5G(3.5GHz)通信，且该天线具有高隔离度，在高于2.4GHz频段内，天线单元间获得了超过15dB的隔离度。该MIMO天线整体尺寸较小、设计简单、带宽带、易于批量加工生产、制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种高隔离度三频四单元MIMO天线。
背景技术
移动用户数量的急剧增长，消费者对于高速率、高质量的信号传输需求日益增长。新技术、新设备、新产业的更新迭代需要大量的频谱资源，然而频谱资源的不可再生性，导致无法对其过度使用。如何最大化利用有限的频谱资源，充分发掘空间资源成为了国内外学者研究的热点。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术的提出使得解决稀缺的频谱资源与日益增长的消费需求成为了可能。MIMO技术是在发射端和接收端分别放置多根发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传输与接收，进而提高通信质量。MIMO技术可以在不增加频谱资源和天线发射功率的前提下，使系统信道容量增加多倍，显示出明显的优势。
无线局域网因其机动性高、容易布置、易于扩展等优点已被广泛应用于工厂、商场、高校和家庭等。经过三十多年的发展，WLAN已由最初的802.11标准拓展到了802.11ac，传输速率由支持2Mbps发展到最高可达1Gbps。如今802.11ac渐成气候，双频WLAN(2.4GHz和5.8GHz)手机、路由越来越多，双频无线AP逐步推行。2017年11月15日，工信部确定使用3300～3600MHz为5G系统中频频段；12月10日，工信部正式对国内三大运营商颁发了5G系统中低频段实验频率使用许可。MIMO作为5G和802.11ac的重要技术之一，
目前，MIMO多天线技术主要应用于WLAN、LTE和5G当中,而终端的小型化、多功能化使得天线可利用空间越来越小，这对天线单元设计提出较高要求。MIMO天线还有需要满足宽带宽和高隔离度的要求。目前研究的四单元MIMO天线尺寸较大，且带宽较窄，无法覆盖更多的频段，隔离度较低，难以满足小型化终端的要求。
发明内容
本发明的目的是设计一种体积小，宽带宽，高隔离度的四单元MIMO天线，该天线可用于WLAN(2.4GHz和5.8GHz)和5G通信。
本发明采用了如下技术方案：
一种高隔离度三频四单元MIMO天线，其特征在于，它包括：介质基板、四个天线辐射单元、四个同轴馈电头、接地板、两个中间开缝Y型枝节、四个矩形地板缝隙；其特征在于，所述天线辐射单元包括：呈倒“乙”形弯折线条状为第一天线辐射段、呈“L”形弯折线条状为第二天线辐射段。
上述的高隔离度三频四单元MIMO天线，作为优选方案，整个天线关于横向、竖向中轴线镜像对称。
上述的高隔离度三频四单元MIMO天线，作为优选方案，所述介质板的所用材料为FR4，相对介电常数为4.4，且介质板的横向宽度、竖向高度及板厚度尺寸分别为80mm、60mm、1.6mm。
上述的高隔离度三频四单元MIMO天线，作为优选方案，所述微带馈线顶端与辐射单元相连，底端使用同轴馈电头馈电。
上述的高隔离度三频四单元MIMO天线，作为优选方案，所述四个矩形地板缝隙位于竖向中轴线位置，缝隙横向间距为1mm，竖向间距为4mm。
上述的高隔离度三频四单元MIMO天线，作为优选方案，所述中间开缝Y型枝节位于介质板背面横向中轴线位置，且从接地板的顶部竖向向上延伸；所述开缝为矩形细缝，从Y形结点处竖向向下延伸，延伸长度为20mm,细缝宽度为0.3mm。
上述的高隔离度三频四单元MIMO天线，作为优选方案，所述第一天线辐射段产生两个谐振频率：2.5GHz、5.8GHz；第二天线辐射段产生3.5GHz谐振频率。
相比于现有技术，本发明具有以下有益结果：
本发明高隔离度三频四单元MIMO天线包括：介质基板、四个天线辐射单元、四个微带馈线、接地板、四个矩形地板缝隙、两个中间开缝Y型枝节；所述的天线辐射贴片采用特殊的两个天线辐射段结构设计，包括呈倒“乙”型弯折线条状的第一天线辐射段、呈“C”型弯折条状的第二天线辐射段，使得天线具有2.5GHz、3.5GHz、5.8GHz三个谐振频率点；所述的四个矩形地板缝隙位于竖向中轴线位置，用于抑制接地板竖向的电流耦合；所述的两个中间开缝Y型枝节位于介质板背面横向中轴线位置，用于抑制接地板横向的电流耦合和空间波。整个天线关于横向、竖向中轴线镜像对称，使得天线在满足反射系数小于-10dB条件下，其工作频段为2.22～2.55GHz、3.36～3.80GHz和5.47～5.95GHz，并且在工作频段内各个天线间的隔离度均大于15dB；且该高隔离度三频四单元MIMO天线整体尺寸小、覆盖频段广、结构简单紧凑、易于批量加工生产、制造成本低，因此能够很好地用于小型化移动通信系统或智能移动终端设备上提供WLAN(2.4GHz和5.8GHz)和5G通信。
附图说明
图1为本发明实施实例的结构示意图
图2为本发明实施实例的正面结构示意图
图3为本发明实施实例的背面结构示意图
图4为本发明实施实例的S参数仿真曲线图
图5为本发明实施实例的增益仿真曲线图
图6为本发明实施实例的包络相关系数仿真曲线图
具体实施
为了使本发明的目的、技术方案及其优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本实施例提供了一种体积小，宽带宽，高隔离度的四单元MIMO天线，其基本结构包括：介质基板、四个天线辐射单元、四个微带馈线、接地板、四个矩形地板缝隙、两个中间开缝Y型枝节。其中，接地板印制在介质板背面，接地板以贴片的形式与介质板相连；所述四个天线单元分别放置在介质基板正面的四角，背对背放置。
本发明的一个实施例如图1所示，作为优选方案，介质板采用市场上较为常用的、价格低廉的FR-4，其横向宽度L、竖向高度W以及板厚度的尺寸分别为60mm、80mm、1.6mm，以满足小型化设计要求。相应地，在天线辐射贴片和金属接地板具体实现时，均可采用印制在介质板上一定厚度的金属涂覆层，例如可采用35μm厚度的铜涂覆层，这样可便于采用印刷电路加工工艺对本发明高隔离度的四单元MIMO天线进行生产加工，便于批量生产和降低成本。
如图2所示，所述的四个镜像对称的天线辐射单元，其中呈倒“乙”型弯折折线条状的第一天线辐射段包括第一横向辐射段L1、从所述第一横向辐射段1左端向上延伸的第一竖向辐射段L2、从所述第一竖向辐射段顶端向左延伸的第二横向辐射段L3、从所述第二横向辐射段左端向下延伸的第二竖向辐射段L4；第一横向辐射段L1的长度为4.8mm，宽度为2mm，且第一横向辐射段L1的右端与微带馈线Fl上端部的左侧边位置相连接；第一竖向辐射段L2的长度为11.6mm，宽度为1mm；第二横向辐射段L3的长度为5mm，宽度为1.5mm；第二竖向辐射段L4的长度为6.3mm，宽度为2mm。
如图2所示，呈“C”型弯折线条状的第二天线辐射段包括竖向设置的第三竖向辐射段C2、从所述第三竖向辐射段底端向左延伸的第三横向辐射段C1、从所述第三竖向辐射段顶端向左延伸的第四横向辐射段C3；第三竖向辐射段C2的长为2.93mm，宽为1mm；第三横向辐射段C1的长为4.46mm，宽为1mm；第四横向辐射段C3的长为6.24mm，宽为2mm。
如图3所示，四个矩形地板缝隙位于接地板竖向中轴线位置，所述矩形缝隙由接地板的边缘横向向内延伸，横向长度Sl2为29.5mm，竖向宽度Sw为4mm；相邻缝隙间的横向间距为1mm，竖向间距t为4mm。
如图3所示，中间开缝Y型枝节位于接地板横向中轴线位置，且从接地板的顶部竖向向上延伸；所述开缝为矩形细缝，从Y形结点处竖向向下延伸，延伸长度Sl1为20mm,细缝宽度为0.3mm。
针对于采用本发明设计的高隔离度三频四单元MIMO天线，利用商用软件ANSYSElectronics Desktop进行仿真计算。
图4为本发明高隔离度三频四单元MIMO天线的S参数图，如图3所示，天线在反射系数S11<-10dB的条件下，其工作频段为2.22～2.55GHz、3.36～3.80GHz和5.47～5.95GHz。天线单元1与天线单元2之间的传输系数S21在大于2.4GHz的频段内小于-15dB；天线单元1与天线单元3之间的传输系数S31在全频段小于-15dB；天线单元1与天线单元4之间的传输系数S41在全频段小于-20dB，具有较高的隔离度。所以本发明采用的两种去耦结构获得了良好的去耦效果。
图5为本发明高隔离度三频四单元MIMO天线在三个工作频段内的增益图。从图中可以看出，在2.4GHz和3.5GHz工作带宽内取得高于4dB的增益，在5.8GHz工作带宽内取得高于5.7dB的增益，最高可达7.5dB，天线具有较强的收发信号能力。
图6为本发明高隔离度三频四单元MIMO天线的包络相关系数。从图中可以看出，天线在大于2.2GHz的频带内，包络相关系数均小于0.4，在3～4.5GHz内基本上接近0。天线在整个工作频带相关性较小，满足包络相关系数低于0.5的设计标准，获得良好的分集增益。
最后说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但是这些基于本发明思想的修改和等同替换仍在本发明的权利要求和保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高隔离度三频四单元MIMO天线，其特征在于，它包括：介质基板、四个天线辐射单元、四个微带馈线、接地板、四个矩形地板缝隙、两个中间开缝Y型枝节；其特征在于，所述天线辐射单元包括：呈倒“乙”形弯折线条状为第一天线辐射段、呈“L”形弯折线条状为第二天线辐射段。
2.根据权利要求1所述的一种高隔离度三频四单元MIMO天线，其特征在于：整个天线关于横向、竖向中轴线镜像对称。
3.根据权利要求1所述的一种高隔离度三频四单元MIMO天线，其特征在于：所述介质板的所用材料为FR4，相对介电常数为4.4，且介质板的横向宽度、竖向高度及板厚度尺寸分别为80mm、60mm、1.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种高隔离度三频四单元MIMO天线，其特征在于：所述微带馈线顶端与辐射单元相连，底端使用同轴馈电头馈电。
5.根据权利要求1所述的一种高隔离度三频四单元MIMO天线，其特征在于：所述四个矩形地板缝隙位于竖向中轴线位置，缝隙横向间距为1mm，竖向间距为4mm。
6.根据权利要求1所述的一种高隔离度三频四单元MIMO天线,其特征在于：所述中间开缝Y型枝节位于介质板背面横向中轴线位置，且从接地板的顶部竖向向上延伸；所述开缝为矩形细缝，从Y形结点处竖向向下延伸，延伸长度为20mm,细缝宽度为0.3mm。
7.根据权利要求1所述的一种高隔离度三频四单元MIMO天线，其特征在于：所述第一天线辐射段产生两个谐振频率：2.5GHz、5.8GHz；第二天线辐射段产生3.5GHz谐振频率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190618 |