一种小型超宽带MIMO直线渐变式缝隙天线的制作方法

本实用新型涉及移动通信技术领域，具体涉及一种小型超宽带MIMO直线渐变式缝隙天线。

背景技术：

随着现代无线通信技术的迅速发展，快速迭代的移动通信系统对天线设计的要求越来越高，设计一种小型超宽带MIMO直线渐变式缝隙天线是近年来研究的热点。多入多出Multiple-input-multiple-output(MIMO)技术，因为在不额外地增加频谱范围和输入功率的情况下，能够大幅度地增加信道容量，日益成为当下天线设计新的重要研究方向。随着移动通信设备越来越小型化的发展的趋势，要求天线的体积越来越小，但MIMO天线的体积减小会导致不同天线单元间的隔离度变差，进而不同天线端口间的相互干扰增大。为了解决这一矛盾，近些年来，小型化同时具备高隔离度的MIMO天线逐渐受到重视。超宽带ultra-wideband(UWB)无线通信技术，分配频段为3.1GHz-10.6GHz，因其大容量，高速率，宽带宽，是近些年来无线便携式通信系统的研究热点。也就是说，设计小型化的超宽带MIMO天线，是天线领域当前重要的研究方向。由于直线渐变式缝隙天线结构，能够大幅度增加工作带宽和减小天线整体尺寸，很适合用来设计小型化的超宽带MIMO天线。因此，本实用新型设计了一种用于超宽带MIMO的直线渐变式缝隙天线，用于小型移动通信设备。

传统的MIMO天线，由于尺寸的限制,往往只能取得一个窄频带的解耦效果。不能在超宽带3.1GHz-10.6GHz甚至更宽频段的情况下也实现较好的隔离性能。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种小型超宽带MIMO直线渐变式缝隙天线。

本实用新型采用如下技术方案：

一种小型超宽带MIMO直线渐变式缝隙天线，包括介质基板，所述介质基板正面印制关于介质基板纵向中线对称的两个天线输入端馈线，所述介质基板背面印制地板，所述两个天线输入端馈线内部均加载一个矩形开槽，所述地板左右两侧分别加载一条直线渐变式缝隙，左右两侧的直线渐变式缝隙关于介质基板纵向中线对称，所述地板中间加载阶梯形缝隙。

所述两个天线输入端馈线的结构相同，具体为矩形结构。

所述矩形开槽位于直线渐变式缝隙相对应的介质基板正面位置。

所述阶梯型缝隙具体为三阶的阶梯型缝隙，且关于介质基板纵向中线对称，每一阶都是矩形结构，位于地板下边缘的矩形结构宽度最大，中间的矩形宽度最小。

所述地板为矩形，所述天线输入端馈线为特征阻抗50欧姆的微带线。

所述天线输入端馈线的纵向长度为15mm，天线输入端馈线内部的矩形开槽的纵向长度为7.7mm。

所述直线渐变式缝隙由内向外其缝隙开口逐渐增大。

所述三阶的阶梯型缝隙为工字型结构。

本实用新型的有益效果：

(1)用平面的结构完成了整个超宽带频段3.1GHz-10.6GHz的覆盖。

(2)整个天线的平面尺寸，包含地板为22mm×26mm，占用的尺寸极其小，而且可用平面印刷工艺和低成本的FR4板材，降低了制造成本。

(3)天线的结构简单，调试方便，工作模式清晰，而且，由于地板中间加载了一个三阶的阶梯形缝隙，使得整个超宽带频段3.1GHz-10.6GHz的隔离度都得到了提高。保证了MIMO天线的端口间能够不互相干扰。

附图说明

图1是本实用新型一种超宽带MIMO的直线渐变式缝隙天线的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的仰视图；

图4是图1的侧视图；

图5是本实用新型实施例仿真的回波损耗与频率关系图；

图6是本实用新型实施例仿真的端口间隔离度与频率关系图；

图7是本实用新型实施例仿真的增益图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1-图4所示，一种超宽带MIMO的直线渐变式缝隙天线，包括介质基板，所述介质基板正面印制关于介质基板纵向中线对称的两个天线输入端馈线1、2，所述介质基板背面印制地板3，所述两个天线输入端馈线内部末端均加载一个矩形开槽4、5，末端具体为远离介质基板下边缘一端，所述地板左右两侧加载两个对称的直线渐变式缝隙6、7，所述地板中间靠近下侧边缘加载一个三阶的阶梯形缝隙8。

所述两个天线输入端馈线都为矩形结构，宽度为1.6mm，天线输入端馈线都为特征阻抗50欧姆的微带线。两个天线输入端馈线内部末端加载了一个矩形开槽4、5，矩形开槽位于直线渐变式缝隙相对应的介质基板正面位置，用于改善高频段的阻抗匹配带宽。

所述地板为矩形结构，所述直线渐变式缝隙具体是由内向外的喇叭形，其由内向外开口逐渐增大，本实用新型中由内向外是指由介质基板中心向边缘方向，对于直线渐变式缝隙来讲，开口角度越小，天线的阻抗匹配带宽越大，进而可以设计工作在整个超宽带频段3.1GHz-10.6GHz。

所述地板正中间靠近下侧边缘开有一个三阶的阶梯形缝隙，呈工字型结构，用于改善两个天线输入端馈线之间的隔离度。三阶的阶梯形缝隙的每一阶都是矩形结构，每个矩形的长度和宽度不同，3个矩形结构连通后组合起来构成了一个完整的三阶的阶梯形缝隙。最内侧的矩形宽度最大，可调节整个频段的隔离度；中间的矩形宽度最小，主要调节低频和高频段的隔离度；最外侧的矩形主要调节低频段的隔离度，最内侧为最靠近地板中心位置，最外侧为靠近地板下边缘。

本实施例地板为矩形，用于模拟小型化无线通信设备的电路板。

本实用新型首先实现整个超宽带频段3.1GHz-10.6GHz的覆盖。两个天线输入端馈线1、2结构内部末端都加载了一个矩形槽4、5，用于改善高频段的阻抗匹配带宽。地板的左右两侧边缘加载了2个对称的直线渐变式缝隙6、7。对于直线渐变式缝隙来讲，开口角度越小，天线的阻抗匹配带宽越大，进而可以设计工作在整个超宽带频段3.1GHz-10.6GHz。通过这2种结构的加载，从而基本实现频率的完全覆盖。

其次是实现高的端口间隔离度。通过地板正中间下侧边缘开了一个三阶的阶梯形缝隙，来改善两个天线输入端馈线之间的隔离度。相比于传统的矩形中间开槽等解耦技术，该三阶的阶梯形缝隙，可以实现整个超宽带频段3.1GHz-10.6GHz同时解耦，具有更优的解耦性能，进而使得整个工作频带内两个端口间的隔离度都降低至-18dB以下，有效的实现了不同端口间的相互干扰最小化。

为了验证本实用新型方案的有效性，下面给出具体实例进行说明。

图2至图4给出了实施实例在俯视、仰视和侧视等不同角度下的尺寸图，各图中所有尺寸的单位均为毫米(mm)。在本实施实例中，选用相对介电常数为4.4、损耗角正切为0.02、厚度为1.6mm的FR4介质基板，基板的平面尺寸为22mm×26mm。地板的主平面矩形部分的尺寸为22mm×26mm。天线输入端馈线结构位于介质基板的一侧，为特征阻抗50欧姆的微带线，每一个馈线占用的平面尺寸为15mm×1.6mm。在实际实施中，也可在地板上开孔，用50欧姆的同轴线直接馈电。同轴线的内导体与天线输入端馈线相连，外导体与主地板相连。

本实施例的具体尺寸，单位：mm，介质基板的厚度H＝1.6,天线输入端馈线外侧边缘到介质板外侧边缘的距离为df＝5.5，直线渐变式缝隙的末端下边缘到介质板下侧边缘的纵向距离为dt＝8.6，天线输入端馈线内部矩形开槽的下侧边缘到介质板下侧边缘的纵向距离为dr＝7mm,介质基板纵向长度L＝22mm，直线渐变式缝隙的末端纵向长度为Lt1＝6.3，直线渐变式缝隙的起始端纵向长度为Lt2＝0.5，天线输入端馈线的纵向长度为Lf＝15，天线输入端馈线内部矩形开槽的纵向长度为Lr＝7.7，地板正中间下侧边缘的三阶阶梯形缝隙的最外侧矩形开槽的纵向长度为Ls1＝3，地板正中间下侧边缘的三阶阶梯形缝隙的中间矩形开槽的纵向长度为Ls2＝4，地板正中间下侧边缘的三阶阶梯形缝隙的最内侧矩形开槽的纵向长度为Ls3＝1，介质基板横向宽度为W＝26，直线渐变式缝隙的横向长度为Wt＝10.7，天线输入端馈线内部矩形开槽的横向长度为Wr＝2，天线输入端馈线的横向长度为Wf＝3，地板正中间下侧边缘的三阶阶梯形缝隙的最外侧矩形开槽的横向长度为Ws1＝4.8，地板正中间下侧边缘的三阶阶梯形缝隙的中间矩形开槽的横向长度为Ws2＝2，地板正中间下侧边缘的三阶阶梯形缝隙的最内侧矩形开槽的横向长度为Ws3＝8.8。本实施例中靠近介质基板中轴线的一侧称为内侧，远离介质基板中轴线的一侧称为外侧。

以上述图2、图3和图4所示尺寸制作的天线仿真的反射系数的结果如图5所示。由图可知，该平面印刷天线在工作频段为3.1GHz-11.7GHz。完全覆盖了整个超宽带频段3.1GHz-10.6GHz。

以上述3个图形所示尺寸制作的天线仿真的端口间隔离度的结果如图6所示。在整个超宽带频段3.1GHz-10.6GHz频率范围内频率范围内，端口间的隔离度都低于-18dB，完全满足实际需要。这得益于介质板的背面的地板正中间下侧边缘的三阶阶梯形缝隙的优良解耦性能。

以上述3个图形所示尺寸制作的天线仿真的增益如图7所示。天线增益在在1.6-4.1dBi之间，满足实际需求。

从上述技术方案可见，本实用新型所述的天线在22mm×26mm的平面空间内实现了整个超宽带频段3.1GHz-10.6GHz的覆盖，而且端口间有高隔离度，满足移动通信系统对用于移动终端天线的设计需求。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。