一种宽带水平极化水平全向覆盖MIMO天线对制造技术

本发明专利技术公开了一种宽带水平极化水平全向覆盖MIMO天线对，涉及天线工程技术领域。本发明专利技术主要是为了解决现有的路由器天线带宽较窄、水平极化缺失、MIMO性能受限的问题。天线对由两个单侧开口的金属腔体天线背向结合构成，实现了整体的水平全向覆盖，金属腔体天线辐射水平极化波，两个馈电端口之间保持比较高的隔离度，具备较好的MIMO性能。天线对通过高度缩短、辐射口面半封口等方法实现宽带和小型化。因此，本发明专利技术能够广泛应用到支持Wi

【技术实现步骤摘要】
一种宽带水平极化水平全向覆盖MIMO天线对


[0001]本专利技术属于天线
，特别涉及一种宽带水平极化水平全向覆盖MIMO(Multiple
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Input Multiple
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Output，多输入多输出)天线对。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的发展，支持Wi
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Fi功能的无线路由器进入到千家万户，Wi
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Fi标准也在不断地发展和更新，传输速率日益提升。但随着室内需要接入无线网络的智能设备数量显著增多，过往的Wi
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Fi标准面临着的信道容量和通信速率的压力越来越大。近年来，Wi
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Fi 6和Wi
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Fi 6E相继通过认证，其中Wi
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Fi 6E增加了新的6GHz频段，能够显著提升信道容量，有效缓解传统2.4GHz和5GHz频段拥塞的问题。而新频段的加入往往意味着路由器天线数量的增加，美观度下降，生产成本也明显提升。另外，传统的无线路由器天线结构和尺寸限制决定了其难以覆盖6GHz频段的较宽频带。因此，为减少路由器天线数量，降低生产成本，设计一款能够同时覆盖5GHz和6GHz频段的小型天线十分必要。
[0003]传统的无线路由器天线主要包括单极子天线、偶极子天线以及其他基于这两种变形的天线。天线的形式以及尺寸的限制使得其难以覆盖新加入的6GHz频段。当前市场上的路由器基本都支持MIMO技术，一般情况下，通过增加天线数量，可以提升MIMO性能。但对于上述目前路由器天线中常用的垂直极化天线而言，两个垂直极化的天线在近距离情况下难以实现高隔离度，这使得在有限空间下，增加天线数量会引起隔离度的恶化，最终会直接限制MIMO性能的提升。此外，这样的天线结构决定其发射和接收的电磁波只能是垂直极化，而现实场景中人们对于手机的持握和放置往往是接近水平状态，此时手机发射和接收的电磁波是水平极化。这种路由器天线和手机天线之间的极化失配只能由电磁波在富散射环境中传播时发生极化旋转来解决，牺牲了通信速率和信号的传输范围。综上所述，当前的路由器天线仍然存在带宽、极化以及MIMO技术受限的问题。因此，设计一款宽带水平极化水平全向覆盖的MIMO天线对，既能够更好的适应Wi
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Fi 6E标准的宽带需求，也能引入水平极化，提高通信速率和范围，又能够在原本相同的空间下，置入两倍数量的天线，显著增加天线数量，充分发挥新技术的优势。
[0004]金属腔体天线形状多变，模式更多，容易实现水平极化。但相同工作频率下，金属腔体天线相较于单极子天线和偶极子天线尺寸明显较大，用于无线路由器会占用更多空间，限制总体天线数量，又影响产品的整体美观度，但是减小腔体尺寸又会减小天线的工作带宽。所以，在新标准更宽的带宽要求下，设计一款小型化又能保持宽带性能的腔体天线极具需求和挑战。

技术实现思路

[0005]为了克服现有无线路由器天线的缺点，适应Wi
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Fi 6E标准对天线的需求，解决现有的路由器天线带宽较窄、水平极化缺失、MIMO性能受限的问题，本专利技术的目的在于提供一种宽带水平极化水平全向覆盖MIMO天线对，能够同时覆盖5GHz和6GHz频段，且具备小型化
特点，在既满足新标准带宽的同时，又能发挥水平极化的优势，在同样空间内有效增加天线数量，利用MIMO技术提升通信性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种宽带水平极化水平全向覆盖MIMO天线对，由完全相同的金属腔体天线一和金属腔体天线二背向对称结合构成，其特征在于，所述金属腔体天线一和金属腔体天线二的辐射口面分别位于二者的结合面的相对侧，除辐射口面之外，二者的其余侧面均为金属封闭面。
[0008]所述金属腔体天线一和金属腔体天线二结合面为共用的金属片一，二者通过金属片一隔断。
[0009]所述辐射口面以金属片二进行半封口，以增强腔体谐振，使得天线在宽度较小的情况下也能实现宽带，并使电场向外辐射时能沿着金属片二向前后传播，增强前后方向的辐射，同时侧射性能基本保持不变，更好地覆盖水平面180度的范围。
[0010]所述半封口是金属片二从辐射口面两侧向中间延伸，减小辐射口面的尺寸。
[0011]穿过所述金属腔体天线一和金属腔体天线二设置有用于天线激励的水平的金属柱，以使腔体产生水平极化电场，所述金属柱为同轴线内导体，与辐射口面所处平面平行。
[0012]所述金属腔体天线一和金属腔体天线二在金属柱的至少一端所处面上设置有用于调节天线的阻抗匹配的圆孔，金属柱与圆孔同心。
[0013]若以结合面和辐射口面的垂直连线为x向，假定x向水平，则与x向垂直的水平方向为y向，与x向和y向垂直的方向为z向，金属腔体天线一和金属腔体天线二的x向的最大尺寸为宽度，y向的最大尺寸为深度，z向的最大尺寸为高度，宽度和高度分别影响腔体谐振的基模和三次模，通过减小腔体的高度减小三次模的谐振频率，使其逐渐靠近基模，实现宽带。
[0014]所述金属腔体天线一和金属腔体天线二的上下面均用金属片三封口，以有效阻止电磁波向上下两侧的辐射，提高侧射增益，减小两腔体之间的耦合。
[0015]所述金属腔体天线一和金属腔体天线二为长方体、圆柱或四棱柱形状，其上下两面采用渐收结构或无金属封闭。
[0016]所述金属腔体天线一和金属腔体天线二内充有介质。
[0017]所述金属腔体天线一和金属腔体天线二采用覆盖金属的PCB板制作。
[0018]与现有技术相比，本专利技术单个天线对即能够同时覆盖Wi
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Fi 6E的5GHz和6GHz频段。引入水平极化能够适应更多的通信场景，提升通信质量。同时，在原本单个天线的空间内设计两个天线构成MIMO天线对，在保证路由器外观美观的同时，能够显著增加天线数量，提升信道容量。另外，全金属的结构使得天线效率高、成本低、易加工。因此，本专利技术设计的宽带水平极化水平全向覆盖MIMO天线对相较于传统的路由器天线具有非常多的优点，在无线通信技术新标准Wi
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Fi 6E下具有更广泛的应用前景。
附图说明
[0019]图1为天线对结构示意图。
[0020]图2为实施例1天线对结构及尺寸示意图，单位均为毫米(mm)
[0021]图3为实施例1天线对S参数曲线，其中(a)为S11随半封口金属片宽度的变化曲线，(b)为最终设计的天线对阻抗匹配和隔离度曲线。
[0022]图4为实施例1天线对水平面方向图，其中(a)、(b)、(c)和(d)分别对应5.5GHz、6GHz、6.5GHz和7GHz。
[0023]图5为实施例2大尺寸天线对结构示意图。
[0024]图6为实施例3基于PCB板的天线对结构示意图。
[0025]图7为实施例4的天线对结构示意图(透视图)。
[0026]图8为实施例4的天线对结构示意图(俯视图)。
[0027]图9为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带水平极化水平全向覆盖MIMO天线对，由完全相同的金属腔体天线一(1)和金属腔体天线二(8)背向对称结合构成，其特征在于，所述金属腔体天线一(1)和金属腔体天线二(8)的辐射口面分别位于二者的结合面的相对侧，除辐射口面之外，二者的其余侧面均为金属封闭面。2.根据权利要求1所述宽带水平极化水平全向覆盖MIMO天线对，其特征在于，所述金属腔体天线一(1)和金属腔体天线二(8)结合面为共用的金属片一(5)，二者通过金属片一(5)隔断。3.根据权利要求1所述宽带水平极化水平全向覆盖MIMO天线对，其特征在于，所述辐射口面以金属片二(2)进行半封口，以增强腔体谐振，并使电场向外辐射时能沿着金属片二(2)向前后传播，增强前后方向的辐射，同时侧射性能基本保持不变，更好地覆盖水平面180度的范围。4.根据权利要求3所述宽带水平极化水平全向覆盖MIMO天线对，其特征在于，所述半封口是金属片二(2)从辐射口面两侧向中间延伸，减小辐射口面的尺寸。5.根据权利要求1所述宽带水平极化水平全向覆盖MIMO天线对，其特征在于，穿过所述金属腔体天线一(1)和金属腔体天线二(8)设置有用于天线激励的水平的金属柱(6)，以使腔体产生水平极化电场，所述金属柱(6)为同轴线内导体，与辐射口面所处平面平行。6.根据权利要求5所述宽带水平极化水平全向覆盖MI...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓鹏，张志军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：