一种无去耦结构的四单元宽带缝隙mimo天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及MMO天线领域，更具体地，涉及一种无去耦结构的高隔离度小型四单元宽带缝隙MMO天线。
【背景技术】
[0002]在过去的二十年里，移动通信技术和移动通信业务取得了巨大的进步。如今第四代移动通信系统已投入商用，如LTE-Advanced系统和WirelessMAN-Advanced系统。其中LTE-Advance系统的上行速率可达500Mbps，下行速率可达lGbps。尽管第四代移动通信系统(4G)相较于第三代移动通信系统(3G)明显改善了移动通信空中链路的质量，从而使得运营商能改善原有通信业务的质量。但是随着移动用户数量和需求的日益增长，而目前移动通信系统可利用的频率资源又十分有限。这一现状催生了通信领域对能更有效利用频谱资源的新技术--MIMO (Multiple-1nput-Multiple-Output)技术的发明与研宄。
[0003]MMO技术对于尽可能接近甚至突破无线传输信道的物理限制有着明显的优势:一是原数据流被分成N路子数据流并行发送，提高了数据的传输速率；二是原数据流被分为N路子数据流并行发送，为接收机提供更多的独立样本，提高信噪比。如今，MMO技术已被视为第四代移动通信技术的核心技术，甚至在未来的第五代移动通信技术也占有及其重要的位置。MMO天线的设计能从根本上影响系统实现好坏的因素，因此一个性能好的MMO天线是具有重大的工程应用价值的。
[0004]随着移动通信终端逐渐向小型化和平面化发展，现今大多数通信设备都要求天线在保持能获得好性能的状态下，尺寸尽可能的小。然而随着天线尺寸的减小，天线单元间的耦合会大大地增强。这会导致天线单元间的相关性大大地增加，结果MIMO通信系统的信道容量也自然随之降低。目前已经报道的MMO天线都采用引入去耦结构来达到去耦的目的。但是引入去耦结构后，一是天线的工作特性如带宽和方向图等会因为天线结构的变化而发生改变；二是天线的尺寸会因为去耦结构的引入而增大。除此之外，目前大多数MIMO天线都是二元天线阵，而数目不多已经报道的四单元MMO天线都存在着窄带宽、带宽不可控的冋题。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种无去耦结构的高隔离度小型四单元宽带缝隙MMO天线。该MMO天线中未引入任何去耦机构，同样能够使得MMO天线具有高隔离度的特性。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案为:
一种无去親结构的四单元宽带缝隙MIMO天线，包括介质基板、第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元；其中所述介质基板包括介质基板正面和介质基板背面，地板印制在介质基板背面，第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元结构相同； 所述第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元分别包括有印制在地板上的第一缝隙单元、第二缝隙单元、第三缝隙单元和第四缝隙单元，以及印制在介质基板正面的第一微带馈线、第二微带馈线、第三微带馈线和第四微带馈线；第一微带馈线、第二微带馈线、第三微带馈线和第四微带馈线分别通过一端的第一激励端口、第二激励端口、第三激励端口、第四激励端口为对应缝隙单元馈电；第一微带馈线、第二微带馈线、第三微带馈线和第四微带馈线的另一端分别开设有为金属过孔；
所述地板为四方形地板，所述第一缝隙单元、第二缝隙单元、第三缝隙单元和第四缝隙单元分别设置在四方形地板的四边，且相邻的缝隙单元互相垂直，相对的缝隙单元短边相对。
[0007]优选的，所述第一微带馈线、第二微带馈线、第三微带馈线和第四微带馈线设置为L型，将四个天线单元中的激励端口分别设置在介质基板的四边。
[0008]优选的，分别在第一微带馈线、第二微带馈线、第三微带馈线和第四微带馈线的金属过孔端上加载与对应微带馈线同宽的第一短路枝节、第二短路枝节、第三短路枝节和第四短路枝节，且短路枝节的另一端开设有对应的第一金属过孔、第二金属过孔、第三金属过孔和第四金属过孔，使微带枝节实现短路的电路特性。
[0009]优选的，所述第一短路枝节、第二短路枝节、第三短路枝节和第四短路枝节为L型，将对应的金属过孔分别设置在介质基板的四边。
[0010]优选的，所述基板介质采用相对介质电常数为1-100，厚度为0.2-5mm的介质基板。
[0011]与现有的技术相比，本发明具有如下优点:本发明提出的一种无去耦结构的四单元宽带缝隙MMO天线，克服了现有MMO天线必需要通过引入去耦结构来提高天线单元间隔离度的问题；是一种结构简单、易于加工的四单元缝隙MIMO天线，采用短路枝节加载的方法能有效展宽天线的带宽，并且实现带宽独立可控；本发明有效的克服了现有的四单元MIMO天线无法同时实现小尺寸、高隔离度、宽带宽以及带宽可控的难题。
【附图说明】
[0012]图1是没有加载短路枝节的缝隙天线单元的结构示意图。
[0013]图2是本发明所涉及的加载短路枝节的缝隙天线单元的结构示意图。
[0014]图3是采用图1、2缝隙天线单元所对应的频率响应的电磁仿真曲线。
[0015]图4是本发明所涉及的一种无去耦结构的高隔离度小型四单元宽带缝隙MIMO天线的结构示意图。
[0016]图5为图4中涉及的一种无去親结构的高隔离度小型四单元宽带缝隙MIMO天线的Is11U |s22|、S33和Is44I的频率响应的电磁仿真曲线图。
[0017]图6为图4中涉及的一种无去親结构的高隔离度小型四单元宽带缝隙MIMO天线的IS211、IS311、IS411的频率响应的电磁仿真曲线图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
[0019]图1至3中介质基板，12-介质基板的正面，13-介质基板的背面，14-印制在介质基板背面的地板，15-印制在地板上的缝隙，16-金属过孔，17-印制在介质基板正面的50欧姆微带馈线，18-缝隙天线单元的激励端口，19-短路枝节。110-没有加载短路枝节的缝隙天线单元的基模的谐振频率，111-加载短路枝节的缝隙天线单元的新增谐振频率。
[0020]图4中:11_介质基板、12-介质基板的正面，13-介质基板的背面，14-印制在介质基板背面的地板，15a-第一缝隙单元、15b-第二缝隙单元、15c-第三缝隙单元、15d第四缝隙单元、16a-第一金属过孔、16b-第二金属过孔、16c-第三金属过孔、16d_第四金属过孔、17a-第一微带馈线、17b-第二微带馈线、17c-第三微带馈线、17d_第四微带馈线、18a_第一激励端口、18b-第二激励端口、18c-第三激励端口、18d-第四激励端口、19a-第一短路枝节、19b-第二短路枝节、19c-第三短路枝节、19d-第四短路枝节、21a-第一天线单元、21b-第二天线单元、21c-第三天线单元、21d-第四天线单元。
[0021]在有限的空间中集成的天线数目越多，要得到宽阻抗带宽就会越困难。已有的MMO天线设计，主要致力于如何减小天线单元间的互耦问题，几乎没有考虑到如何增大阻抗带宽的问题，更不考虑带宽独立可控的问题。本发明中的M頂O天线利用枝节加载的方法，在一个开路缝隙的天线单元上加载一段与微带馈线同宽的短路枝节。加载的短路枝节会使原来的缝隙天线的输入阻抗发生变化，从而多产生了一个谐振模式。对应于S参数就是多产生了一个谐振频率，展宽了原有缝隙天线单元的阻抗带宽。调整短路枝节的长度以及短路枝节与开路缝隙的相对位置就可以改变新增谐振频率的大小，达到控制天线带宽的效果。因此该MMO天线单元能在小尺寸的情况下，得到很好的阻抗带宽，并且带宽独立可控。
[0022]具体如图4，一种无去耦结构的四单元宽带缝隙MMO天线，包括介质基板11、第一天线单元21a、第二天线单元21b、第三天线单元21c、第四天线单元21d;其中所述介质基板11包括介质基板正面12和介质基板背面13，地板14印制在介质基板背面13，第一天线单元21a、第二天线单元21b、第三天线单元21c、第四天线单元21d结构相同；
其中所述第一天线单元21a、第二天线单元21b、第三天线单元21c、第四天线单元21d分别包括有印制在地板14上的第一缝隙单元15a、第二缝隙单元15b、第三缝隙单元15c和第四缝隙单元15d，以及印制在介质基板正面12的第一微带馈线17a、第二微带馈线17b、第三微带馈线17c和第四微带馈线17d ;第一微带馈线17a、第二微带馈线17b、第三微带馈线17c和第四微带馈线17d分别通过一端的第一激励端口 18a、第二激励端口 18b、第三激励端口 18c、第四激励端口 18d为对应缝隙单元馈电；第一微带馈线17a、第二微带馈线17b、第三微带馈线17c和第四微带馈线17d的另一端分别加载第一短路枝节19a、第二短路枝节19b、第三短路枝节19c和第四短路枝节19d。其中第一短路枝节19a、第二短路枝节19b、第三短路枝节19c和第四短路枝节19d分别通过第一金属过孔16a、第二金属过孔16b、第三金属过孔16c和第四金属过孔16d实现短路的电路特性。
[0023]所述地板14为四方形地板，所述第一缝隙单元15a、第二缝隙单元15b、第三缝隙单元15c和第四缝隙单元15d分别设置在四方形地板的四边，且相邻的缝隙单元互相垂直，相对的缝隙单元短边