一种双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线制造技术

一种双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线，包括矩形介质基板，矩形介质基板的上表面设有四个相同结构的天线单元，矩形介质基板的下表面铺设金属接地板；天线单元包括印刷在矩形介质基板上表面的矩形金属臂，矩形金属臂短边与介质基板的边沿重合，矩形金属臂长边延伸至介质基板的上表面内部，金属接地板上刻蚀有T型结构缝隙，T型结构缝隙与矩形金属臂正交，T型头部靠近矩形介质基板边沿；四个天线单元关于矩形介质基板上表面中心呈90°旋转对称布置。本发明专利技术基于变形缝隙的微带缝隙天线结构实现了毫米波天线设计，该微带缝隙毫米波天线能够在两个频点实现谐振，各单元天线端口间隔离度较高。

A dual frequency four element millimeter wave microstrip slot MIMO antenna

【技术实现步骤摘要】
一种双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线
本专利技术涉及毫米波MIMO天线，具体涉及一种双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线。
技术介绍
自从20世纪80年代开始以来，无线通信系统得到了飞速的发展，从一开始(1G)系统承担的简单语音系统发展到目前先进的移动宽带多媒体系统(4G)。在全球互联网及移动通信的快速发展下，智能手机和平板电脑等移动设备的普及导致数据流量和移动设备连接的数量急剧增长，预计到2025年全球数据流量将到达目前200倍的增长，移动终端的数量将超过100亿台。面对信息数据的爆炸式发展，通信技术也已经不能满足仅仅改变人类的生活，而是要进一步改变人类的生产方式。4G是无法完成改变生产方式的使命，5G无线移动通信系统应运而生，5G无线移动通信系统可以提供目前技术(4G系统)1000倍的网络承载性能。5G是4G的延伸和发展，具有更好的系统性能，包括：1)系统网络的网速将极大的提升；比目前的4G-LTE区域容量扩大100倍和传输速率达到最低100Mbit/s至几十Gbit/s；2)系统网络具有非常可靠的低时延性能，满足大约往返1ms的时延；3)增强的移动宽带(实现超大带宽、超高容量)等等。天线技术仍然是5G无线移动通信系统中的重要组成部分，其性能对整个系统性能有重要影响。为了完成上述5G系统的功能，传统的天线技术无法满足要求，就天线技术而言，5G无线移动通信系统中的实现方式主要包括：一、多天线形式及大规模MIMO技术增加了系统容量或者增加了通信区域内的基站数量；二、通过增加带宽，比如采用较高频的频带(如使用厘米波段、毫米波段的频谱资源)；三、这两种技术的结合。毫米波是一种波长在1mm～10mm范围内的电磁波。相比于低频段微波，毫米波应用于无线通信系统中的重要优势是毫米波拥有相当大的可用带宽，而不利影响是空气中的水蒸气等会造成强烈的吸收。例如，在3～300GHz的频谱范围内，57GHz～64GHz是氧气吸收带，164GHz～200GHz是水蒸气吸收带，但是潜在的可用带宽仍然有252GHz。目前，己制定技术标准或正在研究的毫米波频段主要包括60GHz、28GHz、38GHz，中国制定的频带包括45GHz以及E波段。在60GHz频段内，全球无需许可即可使用的带宽可达7GHz～9GHz。反观目前主要使用的无线通信技术，如超宽带技术，其有效带宽也仅仅1.5GHz，8002.11n技术的有效带宽约为660MHz，都远远小于60GHz毫米波通信所能使用的带宽。MIMO技术是一种能够在不增加额外带宽以及发射功率的前提下极大地提高无线通信系统数据传输速率和可靠性的技术。MIMO技术能够有效地抑制无线移动通信系统中的多径衰落，其主要技术基础为分集技术，即频率分集、极化分集和方向图分集等。MIMO系统结构组成为在无线移动通信系统发射和接收端同时部署多部天线，建立多个并行且独立信道来提高数据传输速率。MIMO技术是4G无线移动通信系统中关键技术之一，但是在4G系统中的MIMO天线数量较少。5G系统中的MIMO系统中天线数量会扩展为几十甚至上百个，大规模MIMO天线能够通过小规模MIMO天线扩展而来。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中微带缝隙天线没有实现毫米波设计，工作频点不多，以及各单元天线端口隔离度不高的问题，提供一种双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线，能够实现双频毫米波微带缝隙天线，以及各天线单元端口之间较高的隔离度。为了实现上述目的，本专利技术双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线有如下方案：包括矩形介质基板，矩形介质基板的上表面设有四个相同结构的天线单元，矩形介质基板的下表面铺设金属接地板；天线单元包括印刷在矩形介质基板上表面的矩形金属臂，矩形金属臂短边与介质基板的边沿重合，矩形金属臂长边延伸至介质基板的上表面内部，金属接地板上刻蚀有T型结构缝隙，T型结构缝隙与矩形金属臂正交，T型头部靠近矩形介质基板边沿；四个天线单元关于矩形介质基板上表面中心呈90°旋转对称布置。优选的，矩形介质基板材料为FR4，材料介电常数为4.4±5％，损耗角正切为0.02±2％。优选的，所述的金属接地板是印刷于矩形介质基板下表面的铜或银质结构。优选的，所述金属接地板的大小与矩形介质基板下表面的大小相同。优选的，所述的T型结构缝隙的T型头部与其竖向身部的缝隙宽度相等。优选的，T型结构缝隙的T型头部的长度为1±2％mm，宽度为0.2±2％mm，竖向身部的长度为5.5±5％mm，宽度为0.2±2％mm，矩形金属臂的长度为6±5％mm，矩形金属臂的宽度为0.2±2％mm，矩形介质基板的长度和宽度都为11±5％mm，厚度为0.6±2％mm。优选的，所述的T型结构缝隙在矩形金属臂两侧的长度相等。相较于现有技术，本专利技术有如下的有益效果：1)基于变形缝隙的微带缝隙天线结构实现了毫米波天线设计，即缝隙结构毫米波天线；2)该微带缝隙毫米波天线能够在两个频点实现谐振，即双频天线；3)四单元微带缝隙MIMO天线各单元天线端口间隔离度较高，即高隔离度MIMO天线；4)本专利技术的天线易于批量生产和电路集成，成本低，易于推广使用。附图说明图1本专利技术双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线结构透视示意图；图2本专利技术双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线结构仰视示意图；图3本专利技术双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线结构俯视示意图；图4本专利技术双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线以一个天线单元为例通过数值仿真分析计算获得端口反射系数(S11、S22、S33和S44)随频率变化曲线图；图5本专利技术双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线通过数值仿真分析计算获得端口1和端口2、端口3、端口4间耦合系数(S12、S13、S14)随频率变化曲线图；其中，图中的曲线a为端口1和端口2间耦合系数(S12)，曲线b为端口1和端口4间耦合系数(S14)，曲线c为端口1和端口3间耦合系数(S13)。图6本专利技术双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线通过数值仿真分析设计获得的端口2和端口3、端口4间的耦合系数(S23、S24)，端口3和端口4间的耦合系数(S34)随频率变化曲线图，其中，图中的曲线a为端口2和端口4间的耦合系数，曲线b为端口3和端口4间的耦合系数，曲线c为端口2和端口3间的耦合系数。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1～图3，本专利技术双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线，包括矩形介质基板1，矩形介质基板1的上表面设有四个相同结构的天线单元，矩形介质基板1的下表面铺设金属接地板2；第一天线单元包括印刷在矩形介质基板1上表面的第一矩形金属臂10，第二天线单元包括印刷在矩形介质基板1上表面的第二矩形金属臂20，第三天线单元包括印刷在矩形介质基板1上表面的第三矩形金属臂30，第四天线单元包括印刷在矩形介质基板1上表面的第四矩形金属臂40，第一矩形金属臂10、第二矩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线，其特征在于：包括矩形介质基板(1)，矩形介质基板(1)的上表面设有四个相同结构的天线单元，矩形介质基板(1)的下表面铺设金属接地板(2)；天线单元包括印刷在矩形介质基板(1)上表面的矩形金属臂，矩形金属臂短边与介质基板(1)的边沿重合，矩形金属臂长边延伸至介质基板(1)的上表面内部，金属接地板(2)上刻蚀有T型结构缝隙，T型结构缝隙与矩形金属臂正交，T型头部靠近矩形介质基板(1)边沿；四个天线单元关于矩形介质基板(1)上表面中心呈90°旋转对称布置。/n

【技术特征摘要】
1.一种双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线，其特征在于：包括矩形介质基板(1)，矩形介质基板(1)的上表面设有四个相同结构的天线单元，矩形介质基板(1)的下表面铺设金属接地板(2)；天线单元包括印刷在矩形介质基板(1)上表面的矩形金属臂，矩形金属臂短边与介质基板(1)的边沿重合，矩形金属臂长边延伸至介质基板(1)的上表面内部，金属接地板(2)上刻蚀有T型结构缝隙，T型结构缝隙与矩形金属臂正交，T型头部靠近矩形介质基板(1)边沿；四个天线单元关于矩形介质基板(1)上表面中心呈90°旋转对称布置。


2.根据权利要求1所述的双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线，其特征在于：所述的矩形介质基板(1)的组成材料为FR4，材料介电常数为4.4±5％，损耗角正切为0.02±2％。


3.根据权利要求1所述的双频四单元毫米波微带缝隙MIMO天线，其特征在于：
所述的金属接地板(2)是印刷于矩形介质基板(1)下表面的铜或...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海雄，张雅琼，崔娟娟，冯治东，
申请(专利权)人：榆林学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61