本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种高隔离度双工作状态双极化超宽带mimo天线。
背景技术：
多输入多输出技术(mimo)具有将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而实现高的通信容量和频谱利用率，是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理，这些优势使得mimo技术在近些年受到越来越多的关注。超宽带技术(uwb，ultrawideband)技术是一种新型的无线通信技术。美国联邦通信委员会在2002年发布了3.1-10.6ghz带宽范围视为超宽带(uwb)，超宽带技术具有宽带宽，高数据速率无线传输，高容量和低功耗等诸多优点。将uwb技术与mimo技术结合,利用空间多径性，多路信号并行传输，可以获得明显的复用增益与分集增益，有希望实现信号远距离稳定传输。隔离对于mimo天线的性能来说非常重要，同时实现高隔离度和小尺寸也是一个挑战。
文献“compact,highisolationanddual-polarizeddifferentialdual-notcheduwb-mimoslotantenna”和“compactdifferentialband-notchedstepped-slotuwb-mimoantennawithcommon-modesuppression”所报道的两种差模馈电的天线，也具有较高的隔离度，但是它们有着共同的问题，即这两种天线都只能工作在差分模式激励的条件下，无法在其他模式下正常工作，如单端口馈电状态下工作。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述现有技术的缺失与不足，提供一种高隔离度双工作状态双极化超宽带mimo天线。该天线能完美覆盖3.1-10.6ghz超宽带频段并具有双态工作性质，在差模状态下工作，具有非常高的隔离度，同时可在单馈状态下正常工作。再者，该天线的馈电方式简单，天线尺寸明显比同类型天线尺寸小。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案为：
一种高隔离度双工作状态双极化超宽带mimo天线，包括矩形绝缘介质基板1、辐射面、矩形环状金属接地板2和矩形贴片3；所述辐射面包括四个梯形辐射单元4、四个矩形金属贴片5和x形金属条带6；所述矩形环状金属接地板2的四边分别开有相同尺寸的矩形小孔7；所述矩形环状金属接地板2的对角线位置开有地板狭缝8；所述矩形贴片3的对角线位置开有贴片狭缝9；
所述辐射面位于矩形绝缘介质基板1的上表面，所述矩形环状金属接地板2和矩形贴片3均位于矩形绝缘介质基板1的下表面；四个梯形辐射单元4的大小形状完全相同且相互对称放置；四个矩形金属贴片5的大小形状完全相同且相互对称放置；每个矩形金属贴片5的一端位于矩形绝缘介质基板1的边缘处，另一端与梯形辐射单元4的短平行边相连；
所述矩形金属贴片5、矩形绝缘介质基板1和矩形环状金属接地板2共同构成馈电端口；四个梯形辐射单元4作为天线的四个辐射单元紧密对称放置于矩形绝缘介质基板1的上表面，以减小天线的尺寸；两对差分馈电端口正交放置，增大天线的差分隔离度；x形金属条带6、地板狭缝8和贴片狭缝9用于改善天线单馈状态下的隔离度。
本发明的有益效果是：所述天线采用双面敷铜介质基板制作而成，整体结构可以利用传统pcb技术加工实现，成本低廉；相比于现有技术，该天线不仅满足了在差模状态下工作，具有高隔离的特性，也可在单馈状态下正常工作，大幅度的提高了天线的应用范围，降低了使用条件，方便了用户使用；体积较小，馈电方式简单，可完美覆盖超宽带频段，具有很高的使用价值。
附图说明
图1为本发明所述天线结构的整体示意图；
图2为本发明所述天线结构的正面示意图；
图3为本发明所述天线结构的背面示意图；
图4为本发明差模激励条件下s11曲线仿真与测试结果；
图5为本发明差模激励条件下相邻端口间的耦合系数结果；
图6为本发明单馈激励条件下s11曲线仿真与测试结果；
图7为本发明单馈激励条件下各端口间的耦合系数结果；
图8为本发明在低频中频高频的辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行更深入的详细说明。
一种高隔离度双工作状态双极化超宽带mimo天线，其整体结构示意图如图1所示，天线结构的正面和背面示意图分别如图2和图3所示，包括矩形绝缘介质基板1、辐射面、矩形环状金属接地板2和矩形贴片3；所述辐射面包括四个梯形辐射单元4、四个矩形金属贴片5和x形金属条带6；所述矩形环状金属接地板2的四边分别开有相同尺寸的矩形小孔7；所述矩形环状金属接地板2的对角线位置开有地板狭缝8；所述矩形贴片3的对角线位置开有贴片狭缝9；
所述辐射面位于矩形绝缘介质基板1的上表面，所述矩形环状金属接地板2和矩形贴片3均位于矩形绝缘介质基板1的下表面；四个梯形辐射单元4的大小形状完全相同且相互对称放置；四个矩形金属贴片5的大小形状完全相同且相互对称放置；每个矩形金属贴片5的一端位于矩形绝缘介质基板1的边缘处，另一端与梯形辐射单元4的短平行边相连；
所述矩形金属贴片5、矩形绝缘介质基板1和矩形环状金属接地板2共同构成馈电端口；四个梯形辐射单元4紧密对称放置于矩形绝缘介质基板1的上表面，以减小天线的尺寸；两对差分馈电端口正交放置，增大天线的差分隔离度，理论上差分隔离度可以无限大，并且获得双极化；矩形贴片3和矩形小孔7用于调整天线频带的左右偏移；为了使天线在单馈状态下仍可正常工作，x形金属条带6、地板狭缝8和贴片狭缝9可以用于改善天线单馈状态下的隔离度；
本实施例所述天线的参数为：l＝32mm,h＝0.508mm,wf＝1mm,lc＝2mm,wc＝3mm,lf＝2.9mm,wg＝0.1mm,l1＝7.7mm,w1＝2mm,w2＝9.5mm,li＝26.1mm,l2＝9mm,wp＝0.1mm。所提出的天线采用相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm的介质基片制成，材料为rogers5880(tm)，天线的总尺寸仅为32×32mm2，远小于现有技术的天线尺寸。
该天线的差模s11参数曲线图如图4所示，在差模工作状态下的-10db带宽为2.95ghz-11.1ghz；单馈模式的s11参数曲线图如图6所示，在频段3ghz-12ghz范围内均满足s11<-10db的要求。差模激励条件下，相邻端口耦合系数如图5所示，可达-45db以下，隔离度非常高；单馈模式下耦合系数如图7所示，也均低于-15db要求。由此可见本发明在两种工作状态下均可正常工作，实现双态工作性质。天线的在低中高频的辐射方向图如图8所示，在e面呈现8字形辐射特性，h面表现为全向辐射。
综上所述，本发明所述天线能完美覆盖3.1-10.6ghz超宽带频段并具有双态工作性质，在差模状态下工作，具有非常高的隔离度，同时可在单馈状态下正常工作。再者，该天线的馈电方式简单，天线尺寸明显比同类型天线尺寸小。本发明结构简单，易于加工，天线性能优良，非常适合应用在超宽带通信系统中。