应用于智能电网无线传感器的MIMO天线制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于智能电网无线传感器的MIMO天线，包括：四个对称的IFA三频天线元件、介质基板和地板缺陷结构；介质基板包括模拟无线传感器主板的底层介质基板和模拟无线传感器边框的垂直介质基板；底层介质基板下表面印刷有金属接地板；地板缺陷结构蚀刻在金属接地板上；四个对称的IFA三频天线元件被印刷在垂直介质基板，IFA三频天线元件的馈线被印刷在底层介质基板上，IFA三频天线元件采用耦合馈电，两水平辐射枝节采用多分支弯折结构，在实现多频段操作的同时，降低了天线剖面。相比于现有的应用于智能电网无线传感器的天线，本发明专利技术可以实现大规模的MIMO通信，同时缩小天线单元结构。小天线单元结构。小天线单元结构。

【技术实现步骤摘要】
应用于智能电网无线传感器的MIMO天线


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及应用于智能电网无线传感器的MIMO天线。

技术介绍

[0002]本部分旨在为权利要求书中陈述的本专利技术实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
[0003]MIMO天线单元之间要求具有高隔离度，这样才能实现高的通信容量和频谱利用率。随着智能电网无线传感器的小型化、多频段、多天线化的技术发展，现有用于智能电网无线传感器的MIMO天线常被配置在狭小的空间，天线单元之间由于距离过近会产生耦合效应，这会极大影响MIMO天线的正常工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种应用于智能电网无线传感器的MIMO天线，包括：四个对称的IFA三频天线元件、介质基板和地板缺陷结构；介质基板包括模拟无线传感器主板的底层介质基板和模拟无线传感器边框的垂直介质基板；底层介质基板下表面印刷有金属接地板；地板缺陷结构蚀刻在金属接地板上；
[0005]四个对称的IFA三频天线元件被印刷在垂直介质基板，IFA三频天线元件的馈线被印刷在底层介质基板上，IFA三频天线元件采用耦合馈电。
[0006]本专利技术设计出了自解耦天线元件：四个对称的IFA三频天线元件，这种天线元件本身既是辐射元件，又是解耦元件。天线单元减少距离，紧密贴合在介质基板两侧，可以同时实现良好的辐射性能和隔离性能，可以实现大规模的MIMO通信，同时缩小天线单元结构。
附图说明
[0007]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0008]图1为本专利技术实施例中应用于智能电网无线传感器的MIMO天线结构示意图；
[0009]图2为本专利技术实施例中三频天线元件的结构示意图；
[0010]图3为本专利技术实施例中三频天线的仿真S
11
示意图；
[0011]图4为本专利技术实施例中三频天线工作枝节的电流分布示意图，其中，(a)2.4GHz；(b)3.5GHz；(c)5.0GHz；
[0012]图5为本专利技术实施例中T型槽的尺寸示意图；
[0013]图6为本专利技术实施例中添加缝隙前后的地平面电流分布示意图；
[0014]图7为本专利技术实施例中不同GL长度下的回波损耗对比图；
[0015]图8为本专利技术实施例中不同GL长度下的隔离度对比图；
[0016]图9为本专利技术实施例中蚀刻T型槽前后的回波损耗对比图；
[0017]图10为本专利技术实施例中蚀刻T型槽前后的隔离度对比图；
[0018]图11为本专利技术实施例中MIMO天线在E平面(XOZ面)的方向图；
[0019]图12为本专利技术实施例中MIMO天线在H平面(YOZ面)的方向图。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本专利技术实施例做进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0021]基于现有MIMO天线常被配置在狭小的空间，容易产生上述的两种耦合影响，而要实现大规模的MIMO通信，又要求天线单元具有较高的隔离度。本专利技术要综合实现MIMO天线的小型化和高隔离度设计，同时也要在智能电网无线传感器内尽可能布置足够数量的天线元件。因此，本专利技术通过在面向智能电网应用的无线传感器内部集成的MIMO天线单元之间加载缺陷地结构，使得缺陷地两侧天线单元引入的幅度相同相位相反的表面波可以互相抵消，以此实现高隔离度的设计。
[0022]本专利技术提出了一种应用于智能电网无线传感器的MIMO天线，如图1所示，该结构包括：四个对称的IFA(Inverted
‑
F Antenna，具有接地和馈电两支臂，结构形似倒F形)三频天线元件、介质基板和地板缺陷结构。其中，介质基板包括模拟无线传感器主板的底层介质基板和模拟无线传感器边框的垂直介质基板，底层介质基板下表面印刷有金属接地板；地板缺陷结构蚀刻在金属接地板上。四个对称的IFA三频天线元件被印刷在垂直介质基板，IFA三频天线元件的馈线被印刷在底层介质基板上，IFA三频天线元件采用耦合馈电。
[0023]具体的，如图1所示，介质基板使用了FR4材料，尺寸为146mm
×
71.5mm
×
5mm，模拟了无线传感器的金属边框(尺寸为146.7mm
×
71.5mm
×
7.4mm)。四个天线元件被等距地印刷在了垂直介质基板上，其中，等距指的是一侧的两个天线元件之间的距离和另一侧的两个天线元件之间的距离等距(即D2)。等距还指的是每个天线元件距离非所在边的距离等距(即D1)。辐射枝节末端(底层介质基板)与地面(Ground)只有0.8mm的间隙，接地枝节长度仅为0.2mm。对称布局的MIMO系统非常紧凑，且剖面小，介质基板还留有大量净空间，可以用来添加工作于2G/3G/4G/GPS频段的天线。同一侧相邻的天线元件距离D2为23.2mm，约为3.5GHz处的λ/4。通常来说，当天线元件之间的距离小于λ/2时，地板电流和空间表面波会明显地引起系统的耦合现象，降低隔离度。因此，放置适合的去耦合结构，是小型化无线终端MIMO天线的设计方向，这一方法将在后面得以应用。
[0024]具体的，本专利技术提出的天线元件是由IFA天线变形而来，都具有相同的结构，如图2所示。与传统IFA天线不同，本专利技术设计的IFA三频天线采用耦合馈电，水平放置的耦合枝节直接与馈线相连接；水平放置的耦合枝节上方为左右放置的两水平辐射枝节；左侧辐射枝节左端开路，中间通过弯折微带线与金属接地板相连，右端是耦合馈电端；右侧辐射枝节左端为耦合馈点端，右端采用弯折微带线与金属接地板相连。
[0025]具体的，如图2所示，左侧辐射枝节通过中间的E点接地，左端是开路端，右端是馈电端，不同的电长度(图中的L数据)可以产生不同的谐振频率。右侧辐射枝节通过J点接地，
采用多分支弯折结构，实现了小型化，降低了剖面。
[0026]表1显示了具体尺寸。
[0027]表1 IFA三频天线元件的具体尺寸(单位：mm)
[0028][0029][0030]该天线的ABDE、GHIJ、BCF枝节分别激励了2.4GHz、3.5GHz和5.0GHz三个谐振频率，如图3所示。工作频段覆盖了Wi
‑
Fi 6(IEEE 802.11.ax)和5G(Sub
‑
6)，在尺寸紧凑的基础上实现了多频段的特性。
[0031]为了深入理解所提出天线模型，基于辐射贴片的表面电流分布和S参数，分析了耦合馈电和地板缺陷结构的工作机制。
[0032](1)耦合馈电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于智能电网无线传感器的MIMO天线，其特征在于，包括：四个对称的IFA三频天线元件、介质基板和地板缺陷结构；介质基板包括模拟无线传感器主板的底层介质基板和无线传感器边框的垂直介质基板；底层介质基板下表面印刷有金属接地板；地板缺陷结构蚀刻在金属接地板上；四个对称的IFA三频天线元件被印刷在垂直介质基板，IFA三频天线元件的馈线被印刷在底层介质基板上，IFA三频天线元件采用耦合馈电。2.如权利要求1所述的应用于智能电网无线传感器的MIMO天线，其特征在于，所述IFA三频天线采用耦合馈电，水平放置的耦合枝节直接与馈线相连接；水平放置的耦合枝节上方为左右放置的两水平辐射枝节；左侧辐射枝节左端开路，中间通过弯折微带线与金属接地板相连，右端是耦合馈电端；右侧辐射枝节左端为耦合馈点...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙思扬，罗京，陈新玥，任林林，王磊，
申请(专利权)人：中国信息通信研究院，
类型：发明
国别省市：