一种基于阵列天线解耦表面的双频带MIMO天线的制作方法

一种基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线
技术领域
1.本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线。


背景技术：

2.随着无线通信技术的飞速发展，频谱资源日益紧缺，用户对通信速率和通信质量的需求不断增加，为了解决这些问题，学者们提出了多输入多输出mimo通信系统。mimo系统在发送端和接收端均采用多天线技术，利用多径信道的空间自由度提高信号的接收质量和传输速率，进而提高频谱利用率和系统容量。mimo天线单元之间的互耦降低了天线的隔离度，增加了系统子信道的相关性。
3.近年来，国内外学者提出多种提高mimo天线单元之间隔离度的设计方案，如采用缺陷地结构、加载谐振器及中和线等。但是它们的共同缺点是天线性能较差，具体表现在去耦结构影响天线单元的辐射特性和匹配条件，难以适应基于大规模mimo技术的第五代移动通信系统。
4.如何设计出适用大规模mimo天线的去耦结构是一个有待于解决的技术难题。阵列天线解耦表面具有宽带解耦，易于设计的优点，适用于大规模mimo天线。因此，研究基于阵列天线解耦表面的mimo天线是解决mimo系统子信道相关性技术难题的有效途径。


技术实现要素：

5.针对上述问题本发明提供了一种基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线。
6.为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
7.一种基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线，由并排放置的四个天线单元构成，包括第一基板、第二基板和第三基板自上而下依次层叠构成；阵列天线解耦表面设置于第一基板上表面，所述阵列天线解耦表面包含四组金属条带，每组条带由三条长条带和两条短条带组成，所述长条带和所述短条带间隔布置；微带馈线和辐射单元设置于第三基板上表面，所述辐射单元包含一条长半圆弧条带和一条短半圆弧条带，所述长圆弧条带与所述短圆弧条带以所述微带馈线为中心线相对布置在微带馈线端部；接地板设置于第三基板下表面；
8.四个天线单元的第一基板、第二基板、第三基板和接地板均连接为一块平板。
9.进一步，所述第一基板、第二基板和第三基板均为矩形介质基板。
10.进一步，所述第一基板和第三基板采用介电常数为4.4，厚度为1.6mm的fr4环氧树脂材料；所述第二基板采用介电常数为1.05，厚度为10.4mm的泡沫材料。
11.进一步，所述第一基板、第二基板和第三基板的尺寸均为45mm
×
175mm。
12.进一步，接地板的尺寸为13mm
×
175mm。
13.进一步，所述长条带的长为40mm，宽为4.1mm；所述短条带的长为14mm，宽为2.1mm；相邻两条长条带的间距为5.7mm。
14.进一步，所述微带馈线的长度为17mm，宽度为3mm，特征阻抗为50ω；所述辐射单元的长半圆弧条带内半径为6.8mm，短半圆弧条带内半径为2mm，长半圆弧条带和短半圆弧条带的宽均为1mm。
15.四组金属反射条带组成的阵列天线解耦表面ads放置在mimo天线的上方，距离天线阵列约半波长，ads引入的部分反射波与mimo天线单元之间的耦合波幅度相等、相位相反，反射波与耦合波互相抵消降低了单元间的互耦，提高了天线单元间的隔离度。ads的长条带用于提高低频段的隔离度，短条带用于改善高频段的隔离度，进而降低了mimo通信系统子信道的相关性，提高了系统的容量。
16.与现有技术相比本发明具有以下优点：
17.1采用阵列天线解耦表面改善mimo天线单元间的隔离度，去耦结构不影响天线单元的辐射特性和匹配条件，结构简单，适用于大规模mimo天线；
18.2阵列天线解耦表面的每组金属条带包括三条长条带和两条短条带，长条带用于提高低频段的隔离度，短条带用于改善高频段的隔离度；
19.3本发明可工作在wlan的2.4ghz和5.2ghz频段，两个频段的相对带宽分别为5.2％和20.2％，单元间的隔离度大于15db，天线具有良好的辐射特性。
附图说明
20.图1为本发明基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线的结构示意图；
21.图2为本发明基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线的第一基板的俯视图；
22.图3为本发明基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线的第三基板的俯视图；
23.图4为本发明基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线有无ads时单元1和单元2的s参数；
24.图5为本发明基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线有无ads时单元2和单元3的s参数；
25.图6为本发明基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线有无ads时单元1和单元3的s参数；
26.图7为本发明基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线有无ads时单元1和单元4的s参数；
27.图8为本发明基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线在2.4ghz的辐射方向图；
28.图9为本发明基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线在5.2ghz的辐射方向图。
29.其中，1-第一基板，2-第二基板，3-第三基板，4-阵列天线解耦表面，41-长条带，42-短条带，5-微带馈线，6-辐射单元，61-长半圆弧条带，62-短半圆弧条带，7-接地板。
具体实施方式
30.将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
31.实施例1
32.如图1、图2和图3所示，一种基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线，由并排放置的四个天线单元构成，包括第一基板1、第二基板2和第三基板3自上而下依次层叠构成；阵列天线解耦表面4设置于第一基板1上表面，所述阵列天线解耦表面4包含四组金属条带，
每组条带由三条长条带41和两条短条带42组成，所述长条带41和所述短条带42间隔布置；微带馈线5和辐射单元6设置于第三基板上表面，所述辐射单元6包含一条长半圆弧条带61和一条短半圆弧条带62，所述长圆弧条带61与所述短圆弧条带62以所述微带馈线5为中心线相对布置在微带馈线5端部；接地板7设置于第三基板下表面；所述四个天线单元的第一基板1、所述第二基板2、所述第三基板3和所述接地板7均连接为一块平板。
33.进一步，所述第一基板1、第二基板2和第三基板3均为矩形介质基板。
34.进一步，所述第一基板1和第三基板3采用介电常数为4.4，厚度为1.6mm的fr4环氧树脂材料；所述第二基板2采用介电常数为1.05，厚度为10.4mm的泡沫材料。
35.进一步，所述第一基板1、第二基板2和第三基板3的尺寸均为45mm
×
175mm。
36.进一步，接地板7的尺寸为13mm
×
175mm。
37.进一步，所述长条带41的长为40mm，宽为4.1mm；所述短条带42的长为14mm，宽为2.1mm；相邻两条长条带41的间距为5.7mm。
38.进一步，所述微带馈线5的长度为17mm，宽度为3mm，特征阻抗为50ω；所述辐射单元6的长半圆弧条带61内半径为6.8mm，短半圆弧条带62内半径为2mm，长半圆弧条带61和短半圆弧条带62的宽均为1mm。
39.本发明的优点可以通过仿真结果进一步说明。对上述实施例中的基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线进行建模分析，阵列天线解耦表面ads产生了与天线单元之间耦合波幅度相等相位相反的部分反射波，降低了天线单元间的互耦，提高了天线单元间的隔离度，进而降低了mimo通信系统子信道的相关性。
40.图4-7示出了本发明所述的基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线有无加载ads的反射系数和隔离度，其中横坐标代表频率变量，单位为ghz，纵坐标代表幅度变量，单位为db。由图可知，天线工作在wlan的2.4ghz和5.2ghz频段。不加载ads的天线在两个频段的阻抗带宽分别为2.4-2.64ghz(9.5％)和4.97-5.81ghz(15.6％)，相邻天线单元(单元1和2，单元2和3)之间的隔离度较差；加载ads的天线在两个频段的阻抗带宽分别为2.37-2.47ghz(4.1％)和4.9-6ghz(20.2％)，单元1和单元2之间的隔离度从12.3db和13.9db增加到15.7db和15.3db，单元2和单元之3间的隔离度从10.1db和12.5db增加到15.5db和15.8db，单元1和单元3之间的隔离度从19db和17.3db增加到21.9db和23.9db，单元1和单元4在低频段的隔离度从21.4db减小到19db，在高频段的隔离度从18.6db增加到22.1db。可见，加载ads的mimo天线在两个频段单元之间的隔离度均大于15db。
41.图8-9示出了本发明所述的基于阵列天线解耦表面的双频带mimo天线在两个谐振频率的归一化辐射方向图。由图可知，在2.4ghz时，天线的e面方向图呈“8”字型，h面方向图近似全向；在5.2ghz时，天线的方向图略有恶化，e面方向图接近“8”字型，h面方向图近似全向。
42.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。