圆形背腔结构方向性三极化天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多端口馈电的腔体结构方向性天线，尤其是涉及通过微带线馈电结合同轴馈电加载单极子进行辐射，具有高隔离度的一种圆形背腔结构方向性三极化天线。
【背景技术】
[0002]随着移动互联网的快速发展，如何提高频谱利用率，使得系统在有限的频带内传输更高速率的数据业务是现代通信技术研宄的热点问题。MMO(Multiple-1nputMultiple-Output)技术利用多天线系统的空时处理技术，能够同时收发成倍数据，显著改善通信系统的传输效率。“准4G”技术LTE采用了 MMO技术，对推动移动通信与个人通信系统实现高数据速率，改善传输质量具有重大意义。
[0003]MMO系统是指在发射端和接收端同时采用多个天线的通信系统，在不增加带宽和发射功率的情况下可以成倍地提高信道容量和频谱利用率。决定MI MO系统分集性能的重要因素是支路之间的相关性(Winters J H, Salz J, Gitlin R D.The impactof antenna diversity on the capacity of wireless communicat1n systems[J].Communicat1ns, IEEE Transact1ns on, 1994，42 (234): 1740-1751)。对于空间分集 MIMO天线，只要天线单元间距足够大，无线信道散射传播的多径分量足够丰富，各对等效的收-发天线间的无线传输信道则趋于独立，接收机采用信号处理技术恢复出原始数据流。MMO共极化多天线占据较大空间，增大天线系统运营成本。极化分集可以获得与空间分集相当的分集增益，在同一单元上发射或接收不同极化方向上的信号，有利于实现设备的小型化。
[0004]文献(AndrewsM R, Mitra P P.Tripling the capacity ofwireless communicat1ns using electromagnetic polarizat1n[J].Nature, 2001, 409(6818):316-318.)提出在多径环境下，多极化天线能够提高无线通信信道容量，并证实了多极化天线在无线通信系统中对于提高信道容量和传输速率方面的性能。目前已有多种可应用于MIMO系统的三极化天线。如文献(Oikonomopoulos-ZachosC，Rembold B.A 3-Port Antenna for MIMO applicat1ns [C]Antennas,2007.1NICA' 07.2nd Internat1nal ITG Conference on.1EEE, 2007:49-52.)利用矩形贴片实现双极化，垂直于平面的单极子实现第三极化方向。设计了一种谐振于5.6GHz的WLAN频段应用。回波损耗和隔离度的实测值也符合要求，频带内端口之间隔离度的仿真值只有_17dB，第三端口的谐振曲线平坦。文献(Zhong H, Zhang Z, Chen W，et al.Atr1-polarizat1n antenna fed by proximity coupling and probe[J].Antennas andWireless Propagat1n Letters, IEEE, 2009, 8:465-467.)利用双缝隙親合馈电对贴片进行馈电，同样由同轴线加载圆盘实现三极化。天线的谐振曲线和隔离度改进很多，仿真隔离度小于-20dB，实测隔离度小于-16dB。天线具有体积小，易共形等特点。文献(Chiu CY, Yan J B, Murch R D.Compact three-port orthogonally polarized MIMO antennas[J].Antennas and Wireless Propagat1n Letters, IEEE, 2007, 6:619-622.)利用三个偶极子单元设计的三极化天线。该天线由三个互相垂直的辐射单元构成，以此获得较好的端口隔离度和低端口间信号相关系数。实测结果显示在谐振频点的端口隔离度大于18dB，但其中两个端口的回波损耗仅达到-12dB。天线的增益和效率分别是4.SdBi和80%。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种具有高隔离度、定向辐射、结构紧凑等特点的圆形背腔结构方向性三极化天线。
[0006]本发明设有接地金属板、金属圆环、介质基板、同轴线和“十”字形金属单元；
[0007]所述介质基板双面覆有金属层，在金属层上刻蚀有图案，介质基板的中心位置切出一个圆柱体；所述接地金属板为一正方形结构，在接地金属板中心位置设有一圆孔，以提供第三极化方向的馈电端口；所述金属圆环位于接地金属板和介质基板之间的金属侧壁；所述同轴线下端与接地金属板几何中心位置的馈电端口相连，同轴线向垂直于接地金属板的方向穿过介质基板的缝隙并继续延伸，同轴线内导体与“十”字形金属单元相连；
[0008]所述介质基板的下表面涂覆有金属层，金属层上刻蚀有圆环缝隙和圆环贴片；所述介质基板的上表面涂覆有4条相同的微带贴片；所述介质基板上切出的圆柱体的厚度与介质基板相同。
[0009]所述介质基板上表面的微带贴片中相邻的两个贴片作为微带馈电线分别连接第一极化端口和第二极化端口，另外两个相邻的微带贴片通过金属贴片与腔体侧壁连接。
[0010]所述同轴线位于腔体的中心位置，同轴线下端与接地金属板相连，在同轴线与接地板相接处设置馈电端口，构成第三极化端口，三个极化方向两两正交，同轴线穿过介质基板的缝隙向上延伸，同轴线内导体与“十”字形金属单元相连。
[0011]所述圆环金属侧壁的下端与接地金属板连接，圆环金属侧壁的上端与介质基板的下表面连接。
[0012]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:端口间的隔离度均在25dB以上。天线具有三极化特性，在最大辐射方向其极化隔离度均在25dB以上。本发明天线可用于WLAN的2.4GHz MIMO系统。
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例的整体结构图。
[0014]图2为介质基板上表面的俯视图。
[0015]图3为介质基板下表面的俯视图。
[0016]图4为单极子加载圆盘的侧视图。
[0017]图5为本发明实施例的侧视图。
[0018]图6为天线三个端口回波损耗的仿真值。在图6中，曲线a是天线回波损耗Sll仿真曲线；曲线b是天线回波损耗S22仿真曲线；曲线c是天线回波损耗S33仿真曲线。
[0019]图7为天线端口间隔离度的仿真值。在图7中，曲线a是天线端口间隔离度S12仿真曲线；曲线b是天线端口间隔离度S13仿真曲线；曲线c是天线端口间隔离度S23仿真曲线。
[0020]图8为端口 I或2激励时(另两端口接匹配负载)天线E面方向图。在图8中，曲线a是端口 1、2激励时E面主极化方向图；曲线b是端口 1、2激励时E面交叉极化方向图。
[0021]图9为端口 I或2激励时(另两端口接匹配负载)天线H面方向图。在图9中，曲线a是端口 1、2激励时H面主极化方向图；曲线b是端口 1、2激励时H面交叉极化方向图。
[0022]图10为端口 3激励时(另两端口接匹配负载)天线E面方向图。在图10中，曲线a是端口 3激励时E面主极化方向图；曲线b是端口 3激励时E面交叉极化方向图。
[0023]图11为端口 3激励时(另两端口接匹配负载)天线H面方向图。在图11中，曲线a是端口 3激励时H面主极化方向图；曲线b是端口 3激励时H面交叉极化方向图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白