一种具有陷波功能的超宽带高隔离度MIMO天线

一种具有陷波功能的超宽带高隔离度mimo天线
技术领域
1.本实用新型涉及mimo天线技术领域，特别是一种具有陷波功能的超宽带高隔离度mimo天线。


背景技术：

2.在当今的无线通信中，超宽带技术因其低功耗、高数据速率、低复杂度和信道容量大等优点而越来越受欢迎。uwb范围的应用领域包括通信、传感器网络、跟踪和定位以及uwb消费者应用。研究发现，在多径环境下，信号衰落会降低超宽带系统的性能，导致信号传输效率降低，传输质量降低。在mimo技术中，在发射机和接收机上放置多个天线元件，以提高传输质量和增加系统的容量。因此，它可以用于解决超宽带系统中的多径衰落问题。
3.由于uwb系统具有大带宽，因此uwb系统与mimo技术的结合在目前的无线通信系统中占有重要地位。但是在某些实际的场景中，通信环境不单单只存在超宽带通信系统，也有一些窄带应用会在uwb频率范围内产生干扰，如wimax/c频段、wlan频段和x频段，为了减少这种干扰，需要一个具有多频带抑制的超宽带天线。为了避免超宽带通信系统与这些窄带通信系统产生干扰，有必要在超宽带mimo天线中添加陷波功能。
4.在mimo系统中，由于mimo天线单元之间的空间小，存在耦合的机会。这种耦合主要是由于自由空间的辐射、金属上的表面电流和介质中的表面波。因此，相互耦合会影响信号的传输，最终降低系统的整体性能。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种具有陷波功能的超宽带高隔离度mimo天线，该具有陷波功能的超宽带高隔离度mimo天线不仅能保证天线超宽带工作，且实现频段抑制功能。另外，天线整体尺寸仅32mm*24mm*0.8mm，体积小，且两组mimo天线单元之间具有良好的隔离度。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
7.一种具有陷波功能的超宽带高隔离度mimo天线，包括介质基板、接地板、两组mimo天线单元、两组寄生结构和t型接地枝节。
8.介质基板为长方体，具有与宽边相平行的对称轴x。
9.接地板印刷在介质基板的下表面，且与介质基板的一条长边a相对齐。
10.两组mimo天线单元对称印刷在对称轴x两侧的介质基板上表面；每组mimo天线单元朝向接地板的一侧各设置一根馈电枝节。
11.每组mimo天线单元各加载一组所述寄生机构。
12.每组寄生结构均包括寄生枝节a和寄生枝节b；其中，寄生枝节a为大u型结构，寄生枝节b为小u型结构。
13.t型接地枝节印刷在两组mimo天线单元之间的介质基板上表面，且关于对称轴x对称。
14.寄生枝节a和寄生枝节b的u型开口均朝向介质基板的长边a。
15.两根馈电枝节均关于对称轴x对称且均与对称轴x相平行。
16.寄生枝节a和寄生枝节b分别位于对应馈电枝节的两侧。
17.两个寄生枝节a关于对称轴x对称，两个寄生枝节b也关于对称轴x对称。
18.两组mimo天线单元之间的距离不超过8mm。
19.每组mimo天线单元的最大长度不超过10mm。
20.每组mimo天线单元均呈口型，具有方形外轮廓和方形内轮廓；其中，方形外轮廓的四个边角均设置有弧形缺口。
21.介质基板为fr-4介质基板，介质基板的相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。
22.介质基板的长*宽*高尺寸分别为32mm*24mm*0.8mm。
23.本实用新型具有如下有益效果：
24.1、天线整体尺寸仅32mm*24mm*0.8mm，体积小。
25.2、两组mimo天线单元利用单极子天线进行设计，通过对单极子天线进行分形技术处理和裁剪技术得到，可以实现3ghz-11.5ghz的超宽带。
26.3、t型接地枝节的设置，能使得两组mimo天线单元之间具有高于15db的良好隔离度。
27.4、每组mimo天线单元中加载的寄生结构，能实现天线的陷波功能。其中，寄生枝节a能实现5ghz-6ghz的频带阻隔，寄生枝节b能实现7.2ghz-8.6ghz的频带阻隔。
28.5、本技术的超宽带高隔离度mimo天线，在工作频段内的包络相关系数小于0.05,且各天线单元在工作频段内具有良好的辐射效率和较强的工作效能。
附图说明
29.图1是本技术中一种具有陷波功能的超宽带高隔离度mimo天线的结构示意图。
30.图2为本技术中一种具有陷波功能的超宽带高隔离度mimo天线的尺寸标注示意图。
31.图3为含有寄生结构和馈电枝节的mimo天线单元的尺寸标注示意图。
32.图4为mimo天线单元在加载寄生结构时仿真的反射系数随频率变化曲线图。
33.图5为mimo天线单元在加载寄生机构时仿真的传输系数随频率变化曲线图。
34.图6为两个mimo天线单元的仿真反射系数随寄生枝节a尺寸变化曲线图。
35.图7为两个mimo天线单元的仿真反射系数随寄生枝节b尺寸变化曲线图。
36.图8为两个mimo天线单元之间的包络相关系数随频率变化曲线图。
37.图9为超宽带高隔离度mimo天线在3.5ghz频率下的天线方向图。
38.图10为超宽带高隔离度mimo天线在6ghz频率下的天线方向图。
39.图11为超宽带高隔离度mimo天线在9ghz频率下的天线方向图。
40.其中有：
41.1.介质基板；11.长边a；
42.2.接地板；3.mimo天线单元；
43.4.寄生结构；
44.41.寄生枝节a；411.长边腿；412.长底；
45.42.寄生枝节b；421.短边腿；422.短底；
46.5.馈电枝节；
47.6.t型接地枝节；61.横边；62.竖边。
具体实施方式
48.下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
49.本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。
50.如图1所示，一种具有陷波功能的超宽带高隔离度mimo天线，包括介质基板1、接地板2、两组mimo天线单元3、两组寄生结构4、馈电枝节5和t型接地枝节6。
51.介质基板为长方体，具有与宽边相平行的对称轴x。为实现天线的小型化，质基板的长*宽*高尺寸分别优选为32mm*24mm*0.8mm。
52.进一步，介质基板优选为fr-4介质基板，介质基板的相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。
53.如图2所示，接地板印刷在介质基板的下表面，且与介质基板的一条长边a 11相对齐。在本实施例中，接地板2的尺寸优选为32mm*10.5mm。
54.两组mimo天线单元对称印刷在对称轴x两侧的介质基板上表面，两组mimo天线单元之间的距离优选不超过8mm，进一步优选为7.5mm。
55.每组mimo天线单元的最大长度不超过10mm。
56.每组mimo天线单元均呈口型，具有方形外轮廓和方形内轮廓。其中，方形外轮廓的长度优选不超过10mm，进一步优选为9mm；方形内轮廓的边长优选为2.25mm。
57.进一步，方形外轮廓的四个边角均设置有弧形缺口，用于产生超带宽。每个弧形缺口均优选为2mm的1/4圆。
58.两组mimo天线单元和介质基板的两端（也即短边）之间的水平距离优选为3.25mm。
59.两组mimo天线单元利用单极子天线进行设计，通过对单极子天线进行分形技术处理和裁剪技术得到，可以实现3ghz-11.5ghz的超宽带。
60.每组mimo天线单元朝向接地板的一侧各设置一根馈电枝节5，馈电枝节尾部设置馈电端口。两根馈电枝节均关于对称轴x对称且均与对称轴x相平行，每根馈电枝节的宽度均优选为1.2mm。
61.每组mimo天线单元各加载一组寄生机构4，用于实现天线的陷波功能，进而实现在wlan
62.和x波段的频段抑制。
63.每组寄生结构均包括分别位于对应馈电枝节两侧的寄生枝节a 41和寄生枝节b 42。
64.寄生枝节a为大u型结构，寄生枝节b为小u型结构，寄生枝节a和寄生枝节b的u型开
口均优选朝向介质基板的长边a。
65.两个寄生枝节a关于对称轴x对称，每个寄生枝节a均包括长边腿411和长底412。如图3所示，长边腿的尺寸优选为5.2mm*0.2mm，长底的尺寸优选为4.2mm*0.2mm。寄生枝节a的设置，能实现5ghz-6ghz的频带阻隔。
66.两个寄生枝节b也关于对称轴x对称，每个寄生枝节b均包括短边腿421和短底422。如图3所示，短边腿的尺寸优选为4.2mm*0.2mm，短底的尺寸优选为3.2mm*0.2mm。寄生枝节b的设置，能实现7.2ghz-8.6ghz的频带阻隔。
67.t型接地枝节印刷在两组mimo天线单元之间的介质基板上表面，且关于对称轴x对称。
68.上述t型接地枝节包括横边61和竖边62，竖边的中心与对称轴x重合，长度优选为11.5mm，宽度优选为2mm。横边优选垂直布设在背离接地板的竖边另一端，长度优选为6mm，宽度优选为2mm。t型接地枝节的设置，能使得两组mimo天线单元之间具有高于15db的良好隔离度。
69.本技术采用hfss15.0对天线进行建模仿真，得到：
70.如图4所示的mimo天线单元在加载寄生结构时仿真的反射系数随频率变化曲线图。
71.如图5所示的mimo天线单元在加载寄生机构时仿真的传输系数随频率变化曲线图。
72.如图6所示的两个mimo天线单元的仿真反射系数随寄生枝节a尺寸变化曲线图。
73.如图7所示的两个mimo天线单元的仿真反射系数随寄生枝节b尺寸变化曲线图。
74.如图8所示的两个mimo天线单元之间的包络相关系数随频率变化曲线图。
75.如图9所示的超宽带高隔离度mimo天线在3.5ghz频率下的天线方向图。
76.如图10所示的超宽带高隔离度mimo天线在6ghz频率下的天线方向图。
77.如图11所示的超宽带高隔离度mimo天线在9ghz频率下的天线方向图。
78.由上述各测试结果可以看出，本实施例提出的具有陷波功能的超宽带高隔离度mimo天线
79.在工作频段内具备良好的阻抗匹配特性、较高的隔离特性和辐射特性，在实现超宽带工作的基础上，实现天线的高隔离度，并且实现天线在wlan波段和x波段的频段抑制，天线体积较小，保证天线的紧凑型分布，利于满足mimo天线设计的工程需求。
80.以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。