基于开口缝隙的三端口MIMO天线的制作方法

本发明涉及一种多端口馈电的MIMO天线，尤其是涉及一种基于开口缝隙的三端口MIMO天线。

背景技术：

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统利用多天线的空间分集技术，提高了通信系统的信道容量和传输速率，成为现代通信系统的关键技术之一。多端口MIMO天线通过不同端口同时工作实现多输入多输出技术，而多个开口缝隙的组合是实现多端口工作的常用方法。开口缝隙天线具有结构简单、宽频带、低导体损耗、辐射单元和馈电网络具有较好隔离特性等优点，它同时具有低剖面、体积小、易与其他电路或系统的表面集成的特点[Akhavan H G,Mirshekar-Syahkal D.Study of coupled slot antennas fed by microstrip lines[C].IEE conference publication.Institution of Electrical Engineers,1997:1.290-1.293.]。

目前已有多种应用于MIMO系统的基于缝隙结构的多端口天线。如文献[Karimian R,Oraizi H,Fakhte S,et al.Novel F-shaped quad-band printed slot antenna for WLAN and WiMAX MIMO systems[J].Antennas and Wireless Propagation Letters,IEEE,2013,12:405-408.]是F形缝隙结构构成的WLAN/WiMAX多端口MIMO天线的设计与研究多频天线，且具有4个对称馈电端口，同时实现了具有分集性能的MIMO天线，但这种结构天线的隔离度较小，其值不到20dB。文献[Vallecchi A,Gentili G B.Design of dual-polarized series-fed microstrip arrays with low losses and high polarization purity[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2005,53(5):1791-1798.]提出了一种利用耦合馈电的多个H形缝隙串接的多极化天线,但天线结构复杂，且为双向辐射。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单，同时在工作频段具有较高的端口隔离度和良好的方向性，适用于WLAN频段的MIMO系统中的基于开口缝隙的三端口MIMO天线。

基于开口缝隙的三端口MIMO天线，包括介质基板，所述介质基板设有上层和下层2个圆形介质基板，2个圆形介质基板之间通过3根同轴线相连，3根同轴线互成120°角对称分布，同轴线的外导体将下层介质基板的下表面金属层和上层介质基板的下表面三个扇形金属层相连，同轴线的内导体与上层介质基板的上表面的金属条状层连接；下层介质基板的下表面涂覆有金属层；上层介质基板的下表面涂覆有金属层，该金属层由3条长条形缝隙等分为三个扇形区域，每个扇形区域沿弧边的边缘向内延伸开有一个矩形缝隙，上层介质基板的上表面涂覆有3个回旋镖形条状金属层，3个回旋镖形条状金属层互成120°角对称分布。

进一步：

所述下层介质基板为圆盘形结构，半径为45～61mm，厚度为1.1～1.3mm，相对介电常数为3.0～3.4，损耗角正切值不大于0.005；所述上层介质基板也为圆盘形结构，半径为39～45mm，厚度与下层介质基板相同；所述下层介质基板与上层介质基板之间的距离为2.4～3.2mm；所述3根同轴线的外导体直径为2.8～3.6mm，内导体直径为0.7～1.1mm。

所述各同轴线的馈电端口的中心到下层介质基板中心的距离为30.0～35.8mm。

所述长条形缝隙的长度为40.4～44.4mm，宽度为1.8～2.2mm，所述矩形缝隙长度为13～17mm，宽度为2.5～3.5mm。

所述回旋镖形的条状金属层均由一条长臂和一条短臂构成，长臂长度为11～15mm，宽度为2.0～3.0mm，短臂长为6.5～10.5mm，宽度同长臂的宽度，长臂的左侧到上层介质基板中心的距离为29.6～33.6mm,长臂与短臂的夹角α为150°。

与现有技术比较，本发明具有以下突出的优点和显著的效果：

本发明为通过多个开口缝隙的组合结合同轴馈电实现的三端口天线。采用开口缝隙结构使得天线不仅结构简单，同时，在工作频段内，天线还有较高的端口隔离度和良好的方向性。本发明适用于WLAN频段的MIMO系统中。

附图说明

图1为本发明实施例的侧视结构示意图。

图2为本发明实施例的下层介质基板下表面的俯视结构示意图。

图3为本发明实施例的上层介质基板下表面的俯视结构示意图。

图4为本发明实施例的上层介质基板上表面的俯视图。

图5为本发明实施例天线三个端口的回波损耗曲线图。图5中，曲线a是天线回波损耗S11曲线；曲线b是天线回波损耗S22曲线；曲线c是天线回波损耗S33曲线。

图6为本发明实施例的天线各个端口间的隔离度曲线图。

图7为本发明实施例的第一端口激励时天线E面方向图。

图8为本发明实施例的第一端口激励时天线H面方向图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

参见图1，所述基于开口缝隙的三端口MIMO天线包括下层介质基板1，上层介质基板2以及相同的三根同轴线3。所述下层介质基板1为圆盘形结构，半径R1为48mm(可为45～61mm)，厚度H为1.2mm(可为1.1～1.3mm)，相对介电常数为3.0～3.4，损耗角正切值不大于0.005；所述上层介质基板2也为圆盘形结构，半径R2为42mm(可为39～45mm)，厚度与下层介质基板1相同；所述的下层介质基板1与上层介质基板2之间的距离d5为2.8mm(可为2.4～3.2mm)；所述三根同轴线的外导体直径R3为3.2mm(可为2.8～3.6mm)，内导体直径R4为0.9mm(可为0.7～1.1mm)。

参见图2，为下层介质基板1的下表面俯视图。同轴线的馈电端口4、5、6在下层基板下表面的金属层7上，它们的中心到下层介质基板1中心的距离L1为32.9mm(可为30.0～35.8mm)。

参见图3，为上层介质基板2的下表面俯视图。相同的3条长条形缝隙8的长度L2为42.4mm(可为40.4～44.4mm)，宽度d3为2.0mm(可为1.8～2.2mm)。所述的三个相同的矩形缝隙9、10、11的长度d1为15.0mm(可为13～17mm)，宽度d2为3.0mm(可为2.5～3.5mm)。

参见图4，为上层介质基板2的上表面俯视图。3个回旋镖形条状金属层12、13、14结构相同，均由一条长臂和一条短臂构成，长臂长度L5为13.0mm(可为11～15mm)，宽度d4为2.5mm(可为2.0～3.0mm)，短臂长L6为8.5mm(可为6.5～10.5mm)，宽度同长臂的宽度。长臂的左侧到上层介质基板2中心的距离L4为31.6mm(可为29.6～33.6mm),长臂与短臂的夹角α为150°。

参见图5，为天线三个端口的回波损耗频率曲线图。由于结构对称性，天线三个馈电端口的回波损耗曲线理论上是相同的。由曲线a1、b1和c1可见，馈电端口的-10dB回波损耗带宽范围为2.39～2.47GHz。

参见图6，为天线各个端口间隔离度曲线图。在工作频带2.39～2.47GHz内，端口6和7之间的隔离度，如曲线a2所示，在工作频带内其值大于20dB，端口6与端口8之间的隔离度，如曲线b2所示，其值大于20dB，端口7与端口8之间的隔离度，如曲线b2所示，其值大于20dB。

图7～8为天线第一端口分别激励(另两个端口接匹配负载)时的方向图。图7为馈电端口4(或5或6)激励时天线的E面方向图，图8为馈电端口4(或5或6)激励时天线的H面方向图。主辐射方向垂直于天线元所在的平面并沿Z轴正半轴方向,增益最大值达到8dBi,天线的主瓣宽度约60度。