一种基于地板枝节解耦的小型化多频MIMO天线

一种基于地板枝节解耦的小型化多频mimo天线
技术领域
1.本实用新型涉及移动通信技术领域，具体是一种基于地板枝节解耦的小型化多频mimo天线。


背景技术：

2.移动终端通信技术研发的核心是满足数据高速传输，低时延，宽带，高容量，向下兼容性等。由通信系统理论可知，信道容量越大，数据传输速率越高，而多输入多输出(mimo)技术能很好地提高信道容量和传输率。通过研究发现，在多径环境下，随着发射和接收天线数目的增加，信道容量也在成倍地增加。
3.国内外针对小型化移动终端的mimo天线进行了大量地研究。大部分设计的小型化天线仅能覆盖部分频段，天线频段窄且单一将使通讯不便，所以如何实现多频和宽带化是一个重点问题。
4.在小型化mimo天线系统中，天线距离较近，天线之间的相关性将增加，天线之间的高耦合将影响天线正常工作，所以解决天线间的互耦也是一个重点研究问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种基于地板枝节解耦的小型化多频mimo 天线；该实用新型具有多频，频带宽，隔离度高，分集性能好等优点。
6.为了达到本实用新型的目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种基于地板枝节解耦的小型化多频mimo天线，包含一个长方体介质基板，其特征在于，所述长方体介质基板底部设有一个金属地板，所述地板的表面包含m个矩形槽，n个十字型槽和一条弯折的地板枝节；所述介质基板的顶部均匀设有n个天线辐射单元，每个天线辐射单元由一条微带线，半圆和半正六边形组合体，以及其表面垂直刻蚀的“c”型和“u”型槽构成；所述天线辐射单元由金属材质组成，加载在介质基板顶部。
8.作为优选，所述介质基板顶部两侧的天线辐射单元呈镜像对称分布。
9.作为优选，所述长方体作为介质基板，微带线用于天线的馈电，“c”型、“u”型和矩形槽用于天线的阻抗匹配，弯曲的地板枝节用于地板解耦，十字型槽用于提高天线间的隔离度。
10.作为优选，所述长方体介质基板材质为fr4，介电常数为4.4，长为30mm，宽为20mm，高度为1.6mm；印刷天线辐射单元的一面为介质基板的正面，印刷金属地板的一面则为介质基板的背面。
11.作为优选，所述天线辐射单元由微带线，半圆和半正六边形组合体，以及其表面垂直刻蚀的“c”型和“u”型槽构成；所述的微带线呈“i”型，与半圆和半正六边形组合体相连；所述半圆在半正六边形的上方，所述“c”型和“u”型槽呈垂直分布，刻蚀在半圆和半正六边形的表面，其中“c”型槽呈水平分布，“u”型槽呈竖直分布；所述微带线的长度为7.56mm，宽度为1.5mm；半圆和半正六边形的半径均为4.2mm；“c”型槽的整体尺寸为5mm
×
3mm，槽的宽
度为0.2mm；“u”型槽的整体尺寸为2.5mm
×
2mm，槽的宽度为0.3mm。
12.作为优选，所述地板由弯折的地板枝节和其下面的大矩形地板组合而成，所述弯折的地板枝节对称分布，横跨在大矩形地板上面并于其相连，枝节最低点到其下方的大矩形地板的距离为1mm，整体尺寸为11mm
×
6mm；所述矩形槽沿地板镜像分布，沿大矩形地板上边沿开凿，距地板短边边缘5.25mm，其长度为3mm，宽度为1.5mm；十字型槽开凿在地板中间，距地板长边边缘1mm，它由两条“i”型槽垂直组成，平行于地板长边的“i”型槽的长度为8mm，宽度为1mm，另一条“i”型槽的长度为4mm，宽度为1mm。
13.作为优选，所述介质基板的背面按照地板的结构进行覆锡，在介质基板的正面按照天线辐射单元结构进行覆锡。
14.相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
15.(1)本实用新型的天线实测数据说明可以覆盖2.88-7.3ghz，8.48-12.3 ghz，14.5-22ghz，实测数据表明在频带范围内可实现良好的辐射特性。
16.(2)本实用新型引入的弯曲地板枝节可当作中和线，用于地板电流解耦。
17.(3)本实用新型引入的十字型槽基本上不影响天线的反射系数，可有效提高天线间的隔离度。
18.(4)本实用新型的天线单元间的包络相关系数小于0.008，具有良好的分集性能。
19.(5)本实用新型尺寸小，结构新颖，加工容易，制作成本低，在移动通信终端中具有很高的应用价值。
附图说明
20.图1是本实用新型的结构示意图。
21.图2是本实用新型的天线辐射单元结构图。
22.图3是本实用新型的地板结构图。
23.图4是本实用新型在谐振频率下地板电流矢量分布图。
24.图5是本实用新型的ant1的s
11
参数仿真和实测结果对比图。
25.图6是本实用新型在有无引入十字型槽下的s
12
参数仿真对比图。
26.图7是本实用新型的s
12
参数的仿真和实测对比图。
27.图8是本实用新型的天线ant2仿真和实测辐射方向对比图。
28.图9是本实用新型的包络相关系数仿真计算结果图。
具体实施方式
29.以下通过具体实施例对本实用新型做进一步解释说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该意识到，本实用新型涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
30.如图1所示，一种基于地板枝节解耦的小型化多频mimo天线，包括一介质基板1，所述介质基板的底部设置有地板8，在所述地板8的表面，开设了3 个特定形状的槽。整个介质基板的长度为30mm，宽度为20mm，高度为1.6mm。所述介质基板1的顶部加载有两个天线辐射单元2，左右呈镜像对称，天线单元2由微带线3，半圆4和半正六边形5组合而成，同时在其表面刻蚀了“c”型槽6和“u”型槽7，用于改善天线的阻抗匹配性能。如图3所示，地板8由大矩形
地板9和弯折的地板枝节10组成。地板9上开凿的矩形槽9用于改善天线的反射系数，地板枝节10用于地板电流的解耦，位于大矩形地板9中间的十字型槽12用于提高天线间的隔离度。本实用新型结构新颖，尺寸小。
31.所述天线辐射单元2由微带线3，半圆4和半正六边形5组合而成；半圆4位于半正六边形5的上方，天线辐射单元2沿基板的长边分布。
32.所述“c”型槽6和“u”型槽7彼此垂直，开凿在天线辐射单元2的表面。
33.所述两个矩形槽11沿大矩形地板9的长边对称开凿，所述十字型槽12 位于大矩形地板9的中间，由两个彼此垂直的“i”型槽13和14组成，槽13沿地板长边开凿，槽14沿地板短边开凿。
34.所述弯折的地板枝节10经6次弯折与下方的大矩形地板9相连，沿地板中轴线对称分布。
35.在本实施例中，所述微带线3的长度为7.56mm，宽度为1.5mm，位于介质基板的顶部；半圆4和半正六边形5的半径均为4.2mm，位于介质基板的顶部；“c”型槽6整体尺寸为5mm
×
3mm，槽宽0.2mm，“u”型槽7整体尺寸为2.5mm
×
2mm，槽宽0.3mm，位于介质基板的顶部。
36.所述矩形槽11的长度为3mm，宽1.5mm，槽距地板短边边缘5.25mm。
37.所述“i”型槽13的长度为4mm，宽度为1mm，距离地板长边边缘1mm；“i”型槽14的长度为8mm，宽度为1mm，距离地板长边边缘3mm。
38.所述弯折的地板枝节10的整体尺寸为11mm
×
6mm，最低处离大矩形地板9的距离为1mm。
39.本实施例所述的天线结构蚀刻在介质基板1上的，介质基板的材质为 fr4，介电常数4.4，高度1.6mm，一面按照微带线的结构进行覆锡；另一面按照地板的结构进行覆锡，作为无限大接地平面。
40.具体实施如下：
41.本实施例采用电路板刻蚀技术，在厚度为1.6mm的pcb板的一面上刻蚀出图3的接地面结构，整个介质基板的尺寸为30mm
×
20mm
×
1.6mm，同时也采用该蚀刻技术在厚度为1.6mm的fr4基板的另一面刻蚀出图1的结构。
42.利用电磁仿真软件ansys electronics desktop 2018.2对该mimo系统进行仿真。仿真得到在谐振频率(3.8ghz、6.8ghz、8.4ghz、15ghz和19 ghz)下，地板的电流矢量分布图，结果如附图4所示。从中可以看出，在谐振模式下，地板枝节上的电流幅度相等，方向相反，可以看作是中和线，起到了解耦作用。
43.调试完成后进行实物制作和测试。s参数的结果如附图5所示，从中可以看出，无论是仿真和测试结果，均可实现多频和宽带化。由于设计的天线是镜像对称的，所以实测的单元结果均相同。从图中可以看出，实测与仿真结果较有出入，这是因为制作和测试有误差。
44.如附图6所示，地板通过引入十字型槽，天线间的隔离度得到了提高，最高可达到60db以上，这是因为十字型槽阻挡或延长了地板电流的传输路径，天线间的耦合减小了。
45.如附图7所示，仿真和实测得到的天线单元间的隔离度均在12db以上，满足移动通信系统隔离度的要求。
46.如附图8所示，为ant2在谐振点3.8ghz、6.8ghz、8.4ghz、15ghz 和19ghz处的xoz面和yoz面的仿真和实测二维辐射方向对比图。从图中可以看出，在五个频点处具有良好的辐
射性能，实测和仿真有差别的原因可能在于实物制作有误差和人工测量操作的问题。
47.附图9为通过公式(1)计算得到的天线单元的包络相关系数曲线图：
[0048][0049]
天线单元间的包络相关系数越小，说明天线单元在独立工作时受到彼此的影响越小，信道容量也不会受到影响。如附图9所示，天线单元间的包络相关系数在2.88-7.3ghz，8.48-12.3ghz，14.5-22ghz频段内小于0.02，因此该mimo 系统的独立性很高，具有很高的实用价值。