基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型MIMO天线

本发明属于天线，具体的，涉及一种基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线。

背景技术：

1、随着智能驾驶技术的迅猛发展和不断成熟，车辆间通信(vehicle-to-everything,v2x)技术正逐步成为智能交通系统(its)中不可或缺的一部分。v2x技术使得车辆之间、车辆与基础设施之间能够实现实时的信息交换，提升了道路安全性和交通效率。在这一过程中，天线作为v2x通信系统中的关键组件，直接影响着通信系统的性能稳定性。然而，复杂的道路环境带来了诸多挑战，包括天气变化、建筑物遮挡、电磁干扰等，给通信信号的稳定性和可靠性带来了挑战。

2、为了克服这些挑战，mimo(多输入多输出)技术和超宽带(uwb)技术成为了研究的热点。mimo技术通过在通信系统中使用多个天线同时发送和接收信号，有效提高了系统的频谱效率和传输可靠性。在v2x应用中，mimo技术能够确保车辆在各种复杂环境下都能进行稳定、可靠的通信。这是因为mimo能够利用空间分集和复用，提高信号的抗干扰能力和传输效率，从而确保通信的连续性和实时性；超宽带(uwb)技术也为v2x通信带来了新的可能。uwb技术以其高带宽、低功耗和短距离通信的特点，在车辆间的短距离高速无线数据通信、定位、测距和感知等方面展现出巨大潜力。在v2x系统中，uwb技术可以实现车辆之间的精确定位和测距，为智能驾驶提供关键的环境感知信息。此外，uwb技术的低功耗特性也使其非常适合在车辆上长时间运行，为智能交通系统提供持续稳定的支持。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决智能驾驶环境下，车辆间通信(v2x)技术在复杂道路环境中面临的挑战，特别是在通信信号稳定性和可靠性方面的问题。为此，本发明提出了一种基于智能驾驶环境的超宽带鹿角形小型mimo天线。此天线能够产生一个5ghz到10.17ghz的超宽频段，该频段不仅覆盖了v2x通信频段和uwb通信频段，以确保在各种复杂环境下车辆的正常行驶，还覆盖了wifi 6e中的5ghz、6ghz频段以及imt(5g/6g)通信频段，从而支持wlan频段的通信应用和5g/6g通信。本发明注重天线的设计优化，以实现结构简单、尺寸小型化、加工简单且成本低廉的目标。这不仅有助于降低智能驾驶系统的整体成本，同时也提升了天线的可安装性和适应性，使其在有限的车辆空间内也能得到高效利用。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，所述天线从下到上依次包括第一金属层、介质层、第二金属层；

4、所述第一金属层包括结构及尺寸相同，印刷于介质层下表面的四个拐角处，关于介质层下层物理中心点中心对称的第一地板枝节、第二地板枝节、第三地板枝节、第四地板枝节；

5、所述第一金属层还包括结构及尺寸相同，印刷于介质层下表面的近中心位置，关于介质层下层物理中心点中心对称的第一去耦枝节、第二去耦枝节、第三去耦枝节、第四去耦枝节；

6、所述第二金属层包括结构及尺寸相同，印刷于介质层上表面的四个边沿处，关于介质层上层物理中心点中心对称的第一天线辐射单元、第二天线辐射单元、第三天线辐射单元、第四天线辐射单元；

7、所述第二金属层还包括结构及尺寸完全相同，印刷于介质层上表面的近中心位置，关于介质层上层物理中心点中心对称的第五去耦枝节、第六去耦枝节、第七去耦枝节、第八去耦枝节；

8、馈电方式为通过sma接头接地端连接第一金属层，信号端连接第二金属层，激励产生向外辐射的电场。

9、进一步的，所述第一地板枝节、第二地板枝节、第三地板枝节、第四地板枝节均为矩形。

10、进一步的，所述第一去耦枝节、第二去耦枝节、第三去耦枝节、第四去耦枝节均为等边类“l”形；

11、且第一去耦枝节、第二去耦枝节、第三去耦枝节与第四去耦枝节的开口相对。

12、进一步的，所述第一天线辐射单元、第二天线辐射单元、第三天线辐射单元、第四天线辐射单元均由矩形微带线和两个顶端带有枝节的对称类“l”形天线分支组成，天线枝节的形状是由四分之一椭圆和矩形组成，然后在枝节顶端挖去四块大小不一的矩形枝节。

13、进一步的，所述第五去耦枝节、第六去耦枝节、第七去耦枝节、第八去耦枝节均为等边类“l”形；

14、且第五去耦枝节、第六去耦枝节、第七去耦枝节与第八去耦枝节的开口相背。

15、进一步的，所述介质层尺寸为54±0.2mm×54±0.2mm×1.5±0.2mm。

16、进一步的，材料采用介电常数为4.4的fr4材料，损耗正切值为0.02。

17、进一步的，所述第一金属层和第二金属层的厚度均为0-0.05mm，金属材料为金、银或铜。

18、本发明的有益效果：

19、1、本发明是一种基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，使用了两个顶端带有枝节的对称类“l”形天线分支，保证该天线覆盖了5ghz到10.17ghz的频带范围，能够传输更宽带宽的信号，支持更高速率的数据传输，在未来智能车辆通信方面具有广阔的应用前景。

20、2、本发明是一种基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，使用等边类“l”形去耦单元以及天线辐射单元合理的位置设计，同时保证了四端口mimo天线在工作频段的高隔离度和整体尺寸的紧凑型，提高了多频段mimo天线的整体性能。

21、3、本发明是一种基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，该天线在工作频段的平均辐射效率为92％左右，在5.915ghz左右时的辐射效率高达97.5％，

22、4、本发明是一种基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，该天线的最大实际增益在工作频段上平均在5.2db左右，辐射距离长，信号强。

23、5、本发明是一种基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，结构简单且美观，尺寸小型化，加工成本低廉。

技术特征：

1.基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，其特征在于，所述天线从下到上依次包括第一金属层、介质层、第二金属层；

2.根据权利要求1所述的基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，其特征在于，所述第一地板枝节、第二地板枝节、第三地板枝节、第四地板枝节均为矩形。

3.根据权利要求1所述的基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，其特征在于，所述第一去耦枝节、第二去耦枝节、第三去耦枝节、第四去耦枝节均为等边类“l”形；

4.根据权利要求1所述的基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，其特征在于，所述第一天线辐射单元、第二天线辐射单元、第三天线辐射单元、第四天线辐射单元均由矩形微带线和两个顶端带有枝节的对称类“l”形天线分支组成，天线枝节的形状是由四分之一椭圆和矩形组成，然后在枝节顶端挖去四块大小不一的矩形枝节。

5.根据权利要求1所述的基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，其特征在于，所述第五去耦枝节、第六去耦枝节、第七去耦枝节、第八去耦枝节均为等边类“l”形；

6.根据权利要求1所述的基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，其特征在于，所述介质层尺寸为54±0.2mm×54±0.2mm×1.5±0.2mm。

7.根据权利要求6所述的基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，其特征在于，材料采用介电常数为4.4的fr4材料，损耗正切值为0.02。

8.根据权利要求7所述的基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型mimo天线，其特征在于，所述第一金属层和第二金属层的厚度均为0-0.05mm，金属材料为金、银或铜。

技术总结
本发明公开了一种基于智能驾驶环境下的超宽带鹿角形小型MIMO天线。该天线结构包括下层四个中心对称的矩形接地枝节、下层四个中心对称的等边类“L”形去耦枝节、中间的介质层、上层的四个中心对称的类似鹿角的天线单元和上层四个中心对称的等边类“L”形去耦枝节。该天线产生了一个5GHz到10.17GHz的超宽频带，覆盖了V2X通信频段、UWB通信频段，以及WIFI 6E功能频段和IMT(5G/6G)通信频段，从而满足车辆在各种复杂环境下的通信需求，实现WLAN频段的通信应用和5G/6G通信。本发明结构简单，尺寸小型化，加工成本低廉，在智能驾驶通信中有着远大的应用前景。

技术研发人员：陈圣洁,张编妹,王宸,俞硕,刘昱,朱源庆
受保护的技术使用者：安徽师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18