4×4超宽带MIMO天线制造技术

本发明专利技术涉及一种4×4超宽带MIMO天线，属于无线通信技术领域，由四个单极子超宽带天线单元、两个矩形网状十字型隔离结构和介质板组成，四个单极子超宽带天线结构相同，并且四个天线分别在介质板四个顶角处，在一条对角线上的两个天线翻转了180度，在一个水平线上的天线翻转了90度，整体相对于介质板中央呈中心对称，而两个矩形网状十字型隔离结构分别位于介质板正反两面中央，相对于介质板上下对称，通过在MIMO天线中引入这种新型网状隔离结构，使天线获得了优良的隔离性能。本发明专利技术具有带宽宽，隔离度高，结构简单，易于制作与集成等优点，适用于各类小型移动终端。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种4×4超宽带MIMO天线，属于无线通信

技术介绍
超宽带（UWB）技术是目前备受关注的一种新型短距离高速无线通信技术。自从美国联邦通信委员会将3.1-10.6GHz划分为民用UWB频段以来，工业界和学术界已经在UWB无线电
开展了大量的研究工作。多输入多输出(MIMO)技术同样也是近年以来宽带无线通信的重要技术之一，该技术在不额外增加频谱资源和天线发射功率的情况下，能够成倍地提高系统的信道容量，大大提高了频谱利用率，被视为下一代移动通信的核心技术。将超宽带技术和MIMO天线相结合能够很好地提高系统的链路可靠性以及适配能力。与窄带无线通信相比，它能够将多径衰落降到最低，进一步的提高传输速度和质量。MIMO天线设计的难点在于如何实现在有限的空间里集成多个天线单元，并且获得较高的隔离度。对于目前已有的超宽带MIMO天线设计报道来看，其中大部分设计的带宽都很窄，隔离度也不高，尺寸还比较大，虽然现有很多MIMO天线中都引入了很多各种各样的隔离结构，但大都存在改善隔离的频带过窄或者隔离效果不好等缺点。本专利技术提出的一种基于电磁带隙结构的4×4超宽带MIMO天线，经文献检索，未见与本专利技术相同的公开报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，设计出4×4超宽带MIMO天线。本专利技术中的4×4超宽带MIMO天线由以下七部分组成：介质板，四个单极子超宽天线单元，两个矩形网状十字型隔离结构，其中：a.介质板为正方形介质板；b.四个单极子超宽带天线结构相同，位于正方形介质板上层的四个顶角处，相邻的两个单极子超宽带天线两两相互垂直，不相邻的两个单极子超宽带天线呈反向平行排列，四个天线在介质板上呈中心对称；c.四个单极子超宽带天线单元均采用共面波导馈电，馈电微带线垂直于正方形介质板的边缘；d.每个单极子超宽带天线单元由辐射单元、馈电单元和接地单元组成，其中：辐射单元由第一“阶梯”状微带结构、第二“阶梯”状微带结构、“双孔桥”状微带结构、“月”形微带结构和矩形微带结构构成，且第一“阶梯”状微带结构、第二“阶梯”状微带结构、“双孔桥”状微带结构、“月”形微带结构和矩形微带结构围成一个半开放型槽，半开放型槽由小半圆槽、大半圆槽和矩形槽组成；馈电单元为矩形微带馈线；接地单元由第一“圆弧坡”状微带结构和第二“圆弧坡”状微带结构构成；第一“圆弧坡”状微带结构通过在矩形贴片上分别蚀刻第一个四分之一圆槽、第一个水平方向矩形槽和竖直方向第一个矩形槽得到，第二“圆弧坡”状微带结构通过在矩形贴片上分别蚀刻第二个四分之一圆槽、第二个水平方向矩形槽和竖直方向第二个矩形槽得到，且第一“圆弧坡”状微带结构和第二“圆弧坡”状微带结构尺寸相同，相对于馈电单元左右对称，并与微带馈线形成缝隙，构成共面波导；e.矩形网状十字型隔离结构包括上层矩形网状十字型隔离结构和下层矩形网状；其中，上层矩形网状十字型隔离结构十字型隔离结构印刷在介质板的上表面的中央位置，下层矩形网状十字型隔离结构印刷在介质板的下表面的中央位置；上层矩形网状十字型隔离结构和下层矩形网状十字型隔离结构具有相同的结构和尺寸；f.矩形网状十字型隔离结构通过在印刷的十字型微带结构的四个臂上分别蚀刻24个周期性的小矩形槽，以及在该结构的中部蚀刻四个周期性的大矩形槽来实现，形成周期性网孔，每个矩形网状十字型隔离结构均为中心对称结构。将四个天线单元放置于介质板的四个顶角处，能使天线单元间的间距在有限的空间内得到最大化，从而提高天线单元间的隔离度；而将四个单极子超宽带天线单元按照相邻的两个天线单元两两相互垂直，不相邻的两个天线单元呈反向平行排列，且整体呈中心对称方式则使天线形成正交极化，以提高天线单元间的隔离度，并获得分集增益；其技术原理是利用电磁波的正交极化来提高天线单元间的隔离度的。在介质板正反两面的中央部分分别引入相同的矩形网状十字型隔离结构，能显著改善MIMO天线的隔离性能；其技术原理是利用了该结构的电流耦合作用以及它对电磁波的谐振作用来提高天线单元间的隔离度。周期性网孔的引入，使本专利技术的十字型微带结构内部形成了各种LC谐振回路，谐振使得该十字型微带结构具有了表面波频率选择特性，从而能有效改善隔离。而采用双层网状结构，上下两层结构间形成了一个较大的缝隙电容，从而使从天线单元耦合到上层十字型微带结构上的电流能进一步耦合到下层的十字型微带结构；因此，由十字型微带结构向外辐射的电磁信号进一步减少，从而可以进一步提升隔离度。本专利技术与现有超宽带MIMO天线相比，具有如下优点：1.天线尺寸小，结构简单，能很好地满足天线小型化的要求；2.新设计的矩形网状十字型隔离结构具有结构新颖、尺寸小、加工简单、隔离效果好等优点；3.天线具有良好的超宽带和隔离性能；4.制作成本低、精度高、可重复性好，便于批量生产。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为单个单极子超宽带天线单元结构示意图。图3为本专利技术中天线有无网状结构的回拨损耗测试对比结果。图4为本专利技术中相邻天线单元间有无网状结构的隔离性能测试对比结果。图5为本专利技术中相间天线单元间有无网状结构的隔离性能测试对比结果。图6为在5.5GHz时天线端口1单独激励在XOZ与YOZ平面上的测试方向图。图7为在5.5GHz时天线端口2单独激励在XOZ与YOZ平面上的测试方向图。图8为在5.5GHz时天线端口3单独激励在XOZ与YOZ平面上的测试方向图。图9为在5.5GHz时天线端口4单独激励在XOZ与YOZ平面上的测试方向图。图10为本专利技术的天线分集增益。具体实施方式由图1所示，本专利技术中的4×4超宽带MIMO天线由以下7部分组成：介质板1，四个单极子超宽天线单元2-5，矩形网状十字型隔离结构6、7，其中：a.介质板1为正方形介质板；b.四个单极子超宽带天线2-5结构相同，位于正方形介质板1上层的四个顶角处，相邻的两个单极子超宽带天线两两相互垂直，不相邻的两个单极子超宽带天线呈反向平行排列，四个天线在介质板上呈中心对称；c.四个单极子超宽带天线单元2-5均采用共面波导馈电，馈电微带线垂直于正方形介质1板的边缘；d.每个单极子超宽带天线单元由辐射单元、馈电单元和接地单元组成，其中：辐射单元由第一“阶梯”状微带结构10、第二“阶梯”状微带结构11、“双孔桥”状微带结构12、“月”形微带结构13和矩形微带结构14构成，且第一“阶梯”状微带结构10、第二“阶梯”状微带结构11、“双孔桥”状微带结构12、“月”形微带结构13和矩形微带结构14围成一个半开放型槽，半开放型槽由小半圆槽18、大半圆槽19和矩形槽20组成；馈电单元为矩形微带馈线；接地单元由第一“圆弧坡”状微带结构16和第二“圆弧坡”状微带结构17构成；第一“圆弧坡”状微带结构16通过在矩形贴片上分别蚀刻第一个四分之一圆槽21、第一个水平方向矩形槽23和竖直方向第一个矩形槽25得到，第二“圆弧坡”状微带结构17通过在矩形贴片上分别蚀刻第二个四分之一圆槽22、第二个水平方向矩形槽24和竖直方向第二个矩形槽26得到，且第一“圆弧坡”状微带结构16和第二“圆弧坡”状微带结构17尺寸相同，相对于馈电单元左右对称，并与微带馈线15形成缝隙，构成共面波导；e.矩形网状十字型隔离结构6、7包括上层矩形网状十字型隔离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种4×4超宽带MIMO天线，其特征在于，包括：介质板（1），四个单极子超宽带天线单元（2‑5），矩形网状十字型隔离结构（6）、（7），其中：a. 介质板(1)为正方形介质板；b. 四个单极子超宽带天线（2‑5）结构相同，位于正方形介质板（1）上表面的四个顶角处，相邻的两个单极子超宽带天线两两相互垂直，不相邻的两个单极子超宽带天线呈反向平行排列；四个天线在介质板上呈中心对称；c. 四个单极子超宽带天线单元（2‑5）均采用共面波导馈电，馈电微带线垂直于正方形介质板（1）的边缘；d. 每个单极子超宽带天线单元由辐射单元、馈电单元和接地单元组成，其中：辐射单元由第一“阶梯”状微带结构（10）、第二“阶梯”状微带结构（11）、“双孔桥”状微带结构（12）、“月”形微带结构（13）和矩形微带结构（14）构成，且第一“阶梯”状微带结构（10）、第二“阶梯”状微带结构（11）、“双孔桥”状微带结构（12）、“月”形微带结构（13）和矩形微带结构（14）围成一个半开放型槽，半开放型槽由小半圆槽（18）、大半圆槽（19）和矩形槽（20）组成；馈电单元为矩形微带馈线（15）；接地单元由第一“圆弧坡”状微带结构（16）和第二“圆弧坡”状微带结构（17）构成；第一“圆弧坡”状微带结构（16）通过在矩形贴片上分别蚀刻第一个四分之一圆槽（21）、第一个水平方向矩形槽（23）和竖直方向第一个矩形槽（25）得到，第二“圆弧坡”状微带结构（17）通过在矩形贴片上分别蚀刻第二个四分之一圆槽（22）、第二个水平方向矩形槽（24）和竖直方向第二个矩形槽（26）得到，且第一“圆弧坡”状微带结构（16）和第二“圆弧坡”状微带结构（17）尺寸相同，相对于馈电单元左右对称，并与微带馈线（15）形成缝隙，构成共面波导；e. 矩形网状十字型隔离结构（6）、（7）包括上层矩形网状十字型隔离结构（6）和下层矩形网状（7）；其中，上层矩形网状十字型隔离结构（6）印刷在介质板（1）的上表面的中央位置，下层矩形网状十字型隔离结构（7）印刷在介质板（1）的下表面的中央位置；上层矩形网状十字型隔离结构（6）和下层矩形网状十字型隔离结构（7）具有相同的结构和尺寸。...

【技术特征摘要】
1.一种4×4超宽带MIMO天线，其特征在于，包括：介质板（1），四个单极子超宽带天线单元（2-5），矩形网状十字型隔离结构（6）、（7），其中：a.介质板(1)为正方形介质板；b.四个单极子超宽带天线（2-5）结构相同，位于正方形介质板（1）上表面的四个顶角处，相邻的两个单极子超宽带天线两两相互垂直，不相邻的两个单极子超宽带天线呈反向平行排列；四个天线在介质板上呈中心对称；c.四个单极子超宽带天线单元（2-5）均采用共面波导馈电，馈电微带线垂直于正方形介质板（1）的边缘；d.每个单极子超宽带天线单元由辐射单元、馈电单元和接地单元组成，其中：辐射单元由第一“阶梯”状微带结构（10）、第二“阶梯”状微带结构（11）、“双孔桥”状微带结构（12）、“月”形微带结构（13）和矩形微带结构（14）构成，且第一“阶梯”状微带结构（10）、第二“阶梯”状微带结构（11）、“双孔桥”状微带结构（12）、“月”形微带结构（13）和矩形微带结构（14）围成一个半开放型槽，半开放型槽由小半圆槽（18）、大半圆槽（19）和矩形槽（20）组成；馈电单元为矩形微带馈线（15）；接地单元由第一“圆弧坡”状微带结构（16）和第二“圆弧坡”状微带结构（17）构成；第一“圆弧坡”状微带结构（16）通过在矩形贴片上分别蚀刻第一个四分之一圆槽（21）、第一个水平方向矩形...

【专利技术属性】
技术研发人员：申东娅，何谢勇，张仁龙，向晶，马祖辉，张秀普，张桃艳，王珂，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南;53