CN111293432A - 可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，包括基板、天线和地板，其特征在于，所述的天线包括两个辐射单元，所述的辐射单元上设有高频枝节，所述的地板与辐射单元对应设置，两个地板上均设有低频枝节，所述的低频枝节相邻，所述的高频枝节位于辐射单元远离低频枝节的一侧，所述的天线整体为对称结构。与现有技术相比，本发明具有较好的隔离度、低损耗、小型化等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种MIMO天线，尤其是涉及一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线。
背景技术
随着移动互联网的发展，越来越多的设备接入到移动网络中，新的服务和应用层出不穷，移动数据流量的暴涨将给网络带来严峻的挑战。为了满足日益增长的移动流量需求，势必要发展新一代5G移动通信网络。5G网络相较于其他的网络，它的速度更快，容量更大，传输过程中的时延大大缩短，使得网络连接更加广泛迅速，处理数据的速度和数量显著提升，能够真正实现各平台之间的互联互通。2017年11月，国家工信部发布了关于5G移动通信的使用频段为3300MHz-3600MHz和4800MHz-5000MHz，因此设计一款天线适用于5G的工作频段具有广泛的实际应用价值。
随着无线通信对数据量的需求日益增加，一定容量的频谱资源却在很大程度上限制着通信系统的快速发展，一系列研究表明MIMO天线技术是通信中提高信道容量的关键技术。早在20世纪末，美国贝尔实验室的Foschini和Telatar等人基于对系统信道容量的探究初次提出多天线复用的概念，这也是MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术研究的开端。MIMO技术最大的难点就在于多天线的设计，需要重点考虑天线元及其数量这两个参数，当把数目较多的天线放置在移动通信的基站端时，由于设备体积因素的限制较小，因此不会影响天线实际应用。但是对于小型化的移动终端设备来说，放入多个天线并使天线性能保持良好是一个棘手的问题，因此移动终端天线的设计过程中的两大难点就是天线单元间距和数目，如何在小型化设备中嵌入多个天线并保证天线元间具有较高的隔离度是当前MIMO技术的研究重点与难点。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有较高隔离度的用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，包括基板、天线和地板，所述的天线包括两个辐射单元，所述的辐射单元上设有高频枝节，所述的地板与辐射单元对应设置，两个地板上均设有低频枝节，所述的低频枝节相邻，所述的高频枝节位于辐射单元远离低频枝节的一侧，所述的天线整体为对称结构。
所述的两个地板之间通过中和线连接。
所述的中和线为几字形，几字形的凸起方向与低频枝节的延伸方向相同。
所述的高频枝节为L形。
所述的地板上设有凹槽，所述的凹槽位于地板与对应辐射单元交接处。
所述的辐射单元为矩形单极子辐射贴片。
所述的天线尺寸为30mm*56mm。
所述的天线为共面波导馈电天线。
所述的基板为FR4材料制成的基板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)共面波导馈电：采用共面波导(CPW)馈电，相较于侧馈而言更易于集成设计，信号传输线和地板在介质板的同一侧，如此可以实现与其他微波器件的串联或者并联连接，而不必在基片上钻孔，进而可以实现电路的小型化和信号的完整性；共面波导的辐射损耗也相对较小，可以提高天线的极化纯度和工作效率。
(2)MIMO二元天线：两个地板之间通过中和线连接，实现了辐射单元之间的解耦。首先将辐射单元对称放置，从地板上突出的枝节相邻，可以有效地降低辐射单元间互耦。但是，仅仅对称放置并不能达到实际使用要求，所以在此基础上在地板之间加入中和线，能够实现低端的隔离度的明显提升。
(3)三频性能：本天线经过仿真测试，满足5G的两个频段，WLAN低频段和中频段以及WiMAX中高频段，具体覆盖的频段为2.4-2.48GHZ，3.3-3.7GHz和4.8-6.0GHz。本次设计的天线是根据5G的要求频段设计而成，利用将用单极子天线1/4波长辐射特性设计出了三频天线分别使其工作在三个频段。进过仿真天线尺寸优化，天线的回波损耗都达到了要求，满足了WLAN/WiMAX/5G通信的实际要求。
(4)天线尺寸小型化：为了实际的需要，天线正朝着小型化方向发展，这有利于集成和安装，尤其是在便携式设备中，基于此，本设计在保证天线性能在合格范围内对天线的介质板的尺寸进行小型化，最终将尺寸控制到了30mm*56mm，对于目前已有的三频二元MIMO天线来说在尺寸上具有明显的优势。
附图说明
图1为本实施例天线结构示意图；
图2为本实施例天线回波损耗S11仿真结果；
图3为本实施例天线隔离度S12仿真结果；
附图标记：
1为基板；2为辐射单元；3为地板；4为低频枝节；5为高频枝节；6为中和线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，包括基板1、天线和地板3，天线包括两个辐射单元2，辐射单元2上设有L形高频枝节5，地板3与辐射单元2对应设置，两个地板2上均设有低频枝节4，低频枝节4相邻，高频枝节5位于辐射单元2远离低频枝节4的一侧，天线整体为对称结构。辐射单元2为矩形单极子辐射贴片。天线为共面波导馈电天线。基板1为FR4材料制成的基板。
当前，MIMO技术以其独特的优势得到了广泛的关注。该技术在系统的发射端和接收端分别使用多个天线，充分利用空间资源使信号利用多个天线进行多发多收，在不增加额外的发射功率和频谱资源的前提下信道容量得到大幅度提升，无线通信质量可以得到很大改善。在采用MIMO技术获取较高信道容量的同时也会有一定的难点，最大的难点就在于多天线的设计。需要重点考虑天线元及其数量这两个参数，当把数目较多的天线放置在移动通信的基站端时，由于设备体积因素的限制较小，因此不会影响天线实际应用。但是对于小型化的移动终端设备来说，放入多个天线并使天线性能保持良好是一个棘手的问题，因此移动终端天线的设计过程中的两大难点就是天线单元间距和数目。随着MIMO技术的广泛应用，许多能够改善隔离度的方法被大量研究，比如极化分集技术，中和线技术、地板枝节、寄生单元、去耦网络、缺陷地结构以及超材料技术。
本实施例MIMO天线单元的矩形辐射贴片实现4.8GHZ-6.0GHZ，从矩形辐射贴片凸出的高频枝节实现3.3GHZ-3.7GHZ，从地板上凸出的低频枝节实现2.4GHZ-2.48GHZ。
为了能够进一步的提高MIMO天线的隔离度，将天线单元对称放置，使地板3凸出的低频枝节4相邻，使辐射单元2间实现部分隔离，但是隔离度不能满足实际的要求，之后在地板3之间引入中和线6，抵消辐射波引起的天线之间的相互影响，尤其是低频处的隔离度有效的提高了。中和线6为几字形，几字形的凸起方向与低频枝节4的延伸方向相同。
地板3上设有凹槽，凹槽位于地板3与对应辐射单元2交接处。
本设计在保证天线性能在合格范围内对天线的介质板的尺寸进行小型化，最终将尺寸控制到了30mm*56mm，。
如图2、图3所示，分别为本设计天线的回拨损耗S11和隔离度S12随时间变化。在图2中，2.4GHZ-2.48GHZ，3.4GHZ-3.7GHZ和4.8-6.0GHZ频率范围内的S11均在-10dB，谐振点处的S11最低可达到-20dB以下，回波损耗满足了实际工程中的要求。在图3中，由于在天线单元之间加入了中和线，将中和线中的电流和耦合电流相抵消，减小了相互之间的影响，使得隔离度S12在2.4GHZ-2.48GHZ，3.4GHZ-3.7GHZ和4.8-6.0GHZ频率范围内达到了-20dB以下。
Claims (9)
1.一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，包括基板、天线和地板，其特征在于，所述的天线包括两个辐射单元，所述的辐射单元上设有高频枝节，所述的地板与辐射单元对应设置，两个地板上均设有低频枝节，所述的低频枝节相邻，所述的高频枝节位于辐射单元远离低频枝节的一侧，所述的天线整体为对称结构。
2.根据权利要求1所述的一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，其特征在于，所述的两个地板之间通过中和线连接。
3.根据权利要求2所述的一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，其特征在于，所述的中和线为几字形，几字形的凸起方向与低频枝节的延伸方向相同。
4.根据权利要求1所述的一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，其特征在于，所述的高频枝节为L形。
5.根据权利要求1所述的一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，其特征在于，所述的地板上设有凹槽，所述的凹槽位于地板与对应辐射单元交接处。
6.根据权利要求1所述的一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，其特征在于，所述的辐射单元为矩形单极子辐射贴片。
7.根据权利要求1所述的一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，其特征在于，所述的天线尺寸为30mm*56mm。
8.根据权利要求1所述的一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，其特征在于，所述的天线为共面波导馈电天线。
9.根据权利要求1所述的一种可用于WLAN/WiMAX/5G的三频二元MIMO天线，其特征在于，所述的基板为FR4材料制成的基板。
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