一种应用于无线局域网的高隔离高增益大规模MIMO天线的制作方法

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种应用于无线局域网的高隔离高增益大规模mimo天线。

背景技术：

2010年，thomasl.mreta提出了大规模mimo技术概念，即massivemimo。在tdd大规模mmo系统中，基站可以通过反向链路的导频序列来估计出下行链路的信道状态信息(csi),无需基站间协作，仅采用简单的预处理即可降低小区间和用户间干扰。同时还指出，非相关的加性噪声和快衰落随着天线数的无限增加而消失。自大规模mimo的概念被提出后，一大批学者开始转向大规模mimo的研究。

大规模mimo技术是指基站端采用大规模天线阵列，天线数超过十根，甚至上百根，并且在同一时频资源内服务多个用户的多天线技术。考虑到用户的移动性和设备终端的低复杂处理性，用户端般采用单天线系统，或少量多天线系统。

目前大规模mimo天线存在以下缺点：

1.天线方向图差，覆盖的范围不均匀，天线覆盖的圆度差，

2.天线隔离度低，由于需要天线数量较多，天线彼此间距离很近。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种应用于无线局域网的高隔离高增益大规模mimo天线,覆盖wifi频段，性能良好、整个天线剖面低、适合应用在吸顶或壁挂的ap设备中。

本发明采用的技术方案是：

一种应用于无线局域网的高隔离高增益大规模mimo天线，其包括第一介质板、第二介质板和第三介质板，

第一介质板的中心开有圆形通孔，第二介质板间隙套设在圆形通孔内，第二介质板上表面正中心设有圆形贴片，圆形贴片的外周间隙套设有非闭合环形贴片，第二介质板下表面设有非同心圆环形贴片，非同心圆环形贴片的圆心相对圆形贴片的圆心交错，非闭合环形贴片通过金属过孔与下表面的非同心圆环形贴片短接，有利于天线匹配。

第一介质板的上下表面分别对应印制有上辐射阵子和下辐射阵子，上辐射阵子包括4对“凹”字形金属贴片对和4个上风车型贴片，4对“凹”字形金属贴片对和4个上风车型贴片围绕圆形通孔的同心圆周交错间隔设置，4个上风车型贴片呈中心对称设置且分布在同一个相对内圆周上，4对“凹”字形金属贴片对呈中心对称设置且分布在同一个相对外圆周上，

下辐射阵子包括与第一介质板上表面的4个上风车型贴片重合的4个下风车型贴片，上风车型贴片和下风车型贴片的风叶呈镜像设置，同一处的上风车型贴片和下风车型贴片构成一个风车形金属贴片，

第三介质板同轴设在第二介质板的下方，第三介质板的上表面印制有反射器，反射器相对第三介质板的四边做t形槽；4个金属辐射振子中心对称设置在反射器上表面的四边角，金属辐射振子的短路臂与第三介质板上的反射器短接。

进一步地，第一介质板的形状为正八边形，第二介质板的形状为圆形，第三介质板的形状为正方形，第一介质板、第二介质板和第三介质板的材质为fr4。

进一步地，每对“凹”字形金属贴片对包括两个互成镜像的“凹”字形金属贴片，对“凹”字形金属贴片在反射器的作用下形成定向辐射。

进一步地，上风车型贴片和下风车型贴片均包括一十字微带线，每个十字微带线的一端上均设有一三角形风叶，三角形风叶上的电流呈一闭环，上风车型贴片和下风车型贴片配合形成全向辐射。

进一步地，4对“凹”字形金属贴片对和4个风车形金属贴片交叉排列并呈中心对称均匀分布在八卦的八个方向，该排列不仅提高了它们之间的隔离度，而且使方向图覆盖各个方向。

进一步地，相邻两个风车形金属贴片之间设有圆弧通孔，圆弧通孔的两端外周对应“凹”字形金属贴片对的两侧分别开有矩形通孔，矩形通孔的一端与圆弧通孔连通，矩形通孔的另一端与第一介质板的对应边间隔设置。

进一步地，反射器贴片呈矩形框状，第三介质板上的每个t形槽分别对应矩形框贴片的侧边的中心；四个t形槽的尺寸相同，四个t形槽增加4个金属辐射振子间的隔离度。

进一步地，每个t形槽的横边分别与对应矩形框贴片的侧边平行，每个t形槽的竖边分别与对应矩形框贴片的侧边垂直。

进一步地，金属辐射振子具有呈“凹”字形的金属两臂，该形状有利于拓展天线带宽；金属辐射振子在中心馈电，电流路径金属两臂末端形成2.4g频段；电流路径流经“凹”字形的凹口形成5g频段；金属辐射振子的“凹”字形的凹口做短路枝节与第三介质板上表面的反射器短接，有利于缩小天线尺寸。

进一步地，4个金属辐射振子与第一介质基板边平，呈中心对称。

进一步地，本发明还公开了一种终端，该终端包括所述的一种应用于无线局域网的高隔离高增益大规模mimo天线。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点：该天线数量多，性能良好。包含13支天线，分别为4支2.4g&5g双频天线，4支5g全向天线，4支全向天线，1支蓝牙天线。水平全向天线和定向天线相结合，并采用八卦形的八方位的交替排布的布局，达到近距离与远距离方向图全面覆盖。本发明的金属辐射振子为垂直极化，蓝牙天线和5g天线均为水平极化，同时水平极化天线与垂直极化天线交替排布，不同极化类型天线结合有利于提高天线隔离度。该天线尺寸可为235mm×235mm×10.5mm，实现低剖面。该天线性能良好、适合应用在吸顶或壁挂的ap设备中。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为无线局域网的高隔离高增益大规模mimo天线的立体图；

图2为无线局域网的高隔离高增益大规模mimo天线的俯视图及各个天线位置图；

图3为第一介质基板、第二介质基板和第三介质基板相对位置的正视图；

图4为第一介质基板上表面的结构示意图；

图5为第一介质基板下表面的结构示意图；

图6为第二介质基板上5g全向天线的结构示意图；

图7为第二介质基板的上表面的结构示意图；

图8为第二介质基板的下表面的结构示意图；

图9为第三介质基板上表面的结构示意图；

图10为金属辐射振子的立体结构示意图；

图11为金属辐射振子的结构俯视图；

图12为金属辐射振子的结构正视图；

图13为ant1,ant2,ant3,ant4的反射系数仿真结果图；

图14为ant1,ant2,ant3,ant4的隔离度仿真结果图；

图15为5g-1,5g-2,5g-3,5g-4,5g-5,5g-6,5g-7,5g-8的反射系数仿真结果图；

图16为5g-1,5g-2,5g-3,5g-4,5g-5,5g-6,5g-7,5g-8的隔离度仿真结果图；

图17为4支双频天线ant1、ant2、ant3、ant4与8支5g单频天线5g-1、5g-2、5g-3、5g-4、5g-5、5g-6、5g-7和5g-8在5150-5850mhz频段的隔离度仿真结果图；

图18为蓝牙(bt)天线的反射系数仿真结果图；

图19为蓝牙(bt)天线与4支双频天线ant1,ant2,ant3,ant4在2400-2500mhz频段的隔离度仿真结果图；

图20为ant1天线的增益仿真增益数据，3d方向图和theta＝60°的2d圆度数据；

图21为5g1天线的增益仿真增益数据，3d方向图和phi＝0°&phi＝90°的2d数据；

图22为5g5，天线的增益仿真增益数据，3d方向图和theta＝60°的2d圆度数据；

图23为蓝牙(bt)天线的增益仿真增益数据，3d方向图和theta＝60°的2d圆度数据；

图中，1、5g定向天线，2、5g全向天线，3、双频金属辐射阵子，4、蓝牙天线，5、“t”形槽，6、第三介质基板，7、第一介质基板，8、第二介质基板，9、“凹”字形金属贴片，10、上风车型贴片，11、下风车型贴片，12、非闭合环形贴片，13、圆形贴片，14、非同心圆环形贴片，15、三角形风叶，16、十字微带线，17、金属过孔，18、“凹”字形金属辐射臂，19、短路臂，20、反射器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

如图1至图12之一所示，本发明公开了一种应用于无线局域网的高隔离高增益大规模mimo天线，其包括第一介质板7、第二介质板8和第三介质板6，

第一介质板7的中心开有圆形通孔71，第二介质板8间隙套设在圆形通孔71内，第二介质板8上表面正中心设有圆形贴片13，圆形贴片13的外周间隙套设有非闭合环形贴片12，第二介质板8下表面设有非同心圆环形贴片14，非同心圆环形贴片14的圆心相对圆形贴片13的圆心交错，非闭合环形贴片12通过金属过孔17与下表面的非同心圆环形贴片14短接，进而形成蓝牙天线4，该天线结构有利于天线匹配。

第一介质板7的上下表面分别对应印制有上辐射阵子和下辐射阵子，上辐射阵子包括4对”凹”字形金属贴片对9和4个上风车型贴片10，4对”凹”字形金属贴片对9和4个上风车型贴片10围绕圆形通孔71的同心圆周交错间隔设置，4个上风车型贴片10呈中心对称设置且分布在同一个相对内圆周上，4对”凹”字形金属贴片对9呈中心对称设置且分布在同一个相对外圆周上，

下辐射阵子包括与第一介质板7上表面的4个上风车型贴片10重合的4个下风车型贴片11，上风车型贴片10和下风车型贴片11的风叶呈镜像设置，同一处的上风车型贴片10和下风车型贴片11构成一个风车形金属贴片2，

第三介质板6同轴设在第二介质板8的下方，第三介质板6的上表面印制有反射器20，反射器20相对第三介质板6的四边做t形槽5；4个金属辐射振子3中心对称设置在反射器20上表面的四边角，金属辐射振子3的短路臂与第三介质板6上的反射器20短接。

进一步地，第一介质板7的形状为正八边形，第二介质板8的形状为圆形，第三介质板6的形状为正方形，第一介质板7、第二介质板8和第三介质板6的材质为fr4。

进一步地，每对”凹”字形金属贴片对9包括两个互成镜像的“凹”字形金属贴片，一对“凹”字形金属贴片构成一个偶极子天线，在反射器20的作用下形成5g定向天线1，达到高增益。“凹”字形辐射贴片9的长度相当于1/4的波长。

进一步地，上风车型贴片10和下风车型贴片11均包括一十字微带线16，每个十字微带线16的一端上均设有一三角形风叶15，四对三角形风叶15上的电流呈一个闭环，使之形成全向辐射的5g全向天线2，在反射器20的作用下达到高增益。

上风车型贴片10和下风车型贴片11配合形成全向辐射。

进一步地，4对”凹”字形金属贴片对9和4个风车形金属贴片2交叉排列并呈中心对称均匀分布在八卦的八个方向，而且呈中心对称，该排列不仅提高了它们之间的隔离度，而且使方向图覆盖各个方向，即覆盖了近距离又覆盖了远距离。

进一步地，相邻两个风车形金属贴片2之间设有圆弧通孔23，圆弧通孔23的两端外周对应”凹”字形金属贴片对9的两侧分别开有矩形通孔24，矩形通孔24的一端与圆弧通孔23连通，矩形通孔24的另一端与第一介质板7的对应边间隔设置。

进一步地，反射器20贴片呈矩形框状，第三介质板6上的每个t形槽5分别对应矩形框贴片的侧边的中心；四个t形槽5的尺寸相同，四个t形槽5增加4个金属辐射振子3间的隔离度。

进一步地，每个t形槽5的横边分别与对应矩形框贴片的侧边平行，每个t形槽5的竖边分别与对应矩形框贴片的侧边垂直。

进一步地，金属辐射振子3具有呈“凹”字形的金属两臂18，该形状有利于拓展天线带宽；金属辐射振子3在中心馈电，电流路径金属两臂18末端形成2.4g频段；电流路径流经“凹”字形的凹口形成5g频段；金属辐射振子3的“凹”字形的凹口做短路枝节19与第三介质板6上表面的反射器20短接，有利于缩小天线尺寸。

进一步地，4个金属辐射振子3与第一介质基板边平，呈中心对称。

进一步地，本发明还公开了一种终端，该终端包括所述的一种应用于无线局域网的高隔离高增益大规模mimo天线。

图14至图23所示为无线局域网的高隔离高增益大规模mimo天线的仿真结果，freq表示频率，表中“\”表示无该项要求。

本实施例中，该天线尺寸为235mm×235mm×10.5mm，比现有天线的剖面都低。该天线的2400-2500mhz的隔离最小为21db，最大为30db；5150-5850mhz的隔离度最小25db，最大为45db，符合高隔离度要求。2400-2500mhz的最小增益为5.5dbi,最大增益为8db；5150-5850mhz最小增益为6dbi,最大增益为9db，符合高增益要求。如表1所示，在theta＝60°，13支天线的不圆度均小于10db(即theta＝60°时，最大增益与最小增益差值)，符合圆度要求。

表1-13支天线增益数据与theta＝60°的圆度数据图表

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点：该天线数量多，性能良好。包含13支天线，分别为4支2.4g&5g双频天线，4支5g全向天线，4支全向天线，1支蓝牙天线。水平全向天线和定向天线相结合，并采用八卦形的八方位的交替排布的布局，达到近距离与远距离方向图全面覆盖。本发明的金属辐射振子3为垂直极化，蓝牙天线和5g天线均为水平极化，同时水平极化天线与垂直极化天线交替排布，不同极化类型天线结合有利于提高天线隔离度。该天线尺寸可为235mm×235mm×10.5mm，实现低剖面。该天线性能良好、适合应用在吸顶或壁挂的ap设备中。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。