高隔离度双极化差分双频mimo天线的制作方法

高隔离度双极化差分双频mimo天线的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种MIMO天线，尤其是一种高隔离度双极化差分双频MIMO天线，属于无线通信领域。
【背景技术】
[0002]随着无线通信技术的迅猛发展，通信系统对高速率、大容量和高可靠性的移动通信质量需求越来越强烈，而应用传统的通信技术很难满足这一需求。多输入多输出(multiple-1nput-multiple-output, ΜΙΜΟ)技术在一个通信系统中应用多个收发天线来发射和接收信号，可以有效的克服多径衰落效应并提高系统容量和可靠性。在MIMO天线的设计中，最关键紧要的一个问题就是如何使降低各个天线单元之间的耦合度。目前减小天线单元间耦合的主要方法有:EBG地板结构，解耦网络，地板缝隙，反射单元，地板分支和Neutralizat1n线。以上的解親方法仅适用于窄带工作带宽中，不适用于超宽带系统，大多数结构设计复杂，所实现的隔离度一般在20dB左右。
[0003]目前，射频电路通常采用差分技术传输信号，但是天线大多数被设计为单端口器件，不能直接与差分电路集成，通常需要采用巴伦把差分信号转换为单端口信号然后馈入天线。巴伦的使用会造成损耗，使系统效率降低，也增加了独立器件的数量，不利于系统高度集成和小型化。差分天线将天线设计为双端口形式，直接把差分信号馈进天线的两个端口，可以直接与差分电路集成，减少了巴伦器件的使用，提高系统效率。目前出现的MIMO天线中，只出现了一款采用差分馈电形式的，而且体积庞大，具有单个超宽带频段。另一方面，现在的短距离无线通信系统，如无线局域网(Wireless Local Area Networks,WLAN)和全球微波互联接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)系统，均有多个工作频段。WLAN工作在2.4GHz/5.2GHz/5.8GHz频段，WiMAX工作在
2.5GHz/3.5GHz/5.5GHz频段，因此设计具有多个工作频段的天线非常具有竞争力。
[0004]据调查与了解，目前公开的现有技术如下:
[0005]I)2014 年，Mao Chun Xu 和 Chu Qing Xin 在“IEEE TRANSACT1NS ON ANTENNASAND PROPAGAT1N” 发表题为“Compact Co-radiator UffB MIMO Antenna With DualPolarizat1n”的文章中，提出了一种共福射体的双端口超宽带MIMO天线，天线的两个馈电端口共用一个辐射体进行馈电，大大减小了天线体积。并且两个端口相互正交，实现了双极化特性。天线在辐射体上刻蚀了 T形缝隙，并且在地面上延伸了枝节，以此实现高隔离度。该天线工作在超宽带频段3GHz-llGHz，隔离度达到20dB。
[0006]2)2015 年，He Huang 和 Ying Liu 等人在“IEEE ANTENNAS AND WIRELESSPROPAGAT1N LETTERS” 发表题为“Uniplanar Differentially Driven UltrawidebandPolarizat1n Diversity Antenna With Band-Notched Characteristics，，的文章中，提出了一种共缝隙的双端口超宽带MMO天线，天线的两对差分馈电端口共同对一个宽缝隙进行馈电，两对差分馈电端口相互垂直放置，不仅获得了理论上无穷大的隔离度，也获得了双极化特性，但是天线的体积庞大。该天线工作在超宽带UWB频段3GHz-llGHz。

【发明内容】

[0007]本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种高隔离度双极化差分双频MMO天线，该MMO天线具有设计简单，体积小，成本低，特性好的优点，可以应用在WiMAX/WLAN 系统中。
[0008]本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0009]高隔离度双极化差分双频MMO天线，包括介质基板，所述介质基板的其中一个面上设有贴片、地面以及四个分别与贴片连接的差分共面波导馈电端口，所述贴片上刻蚀有多个矩形缝隙，所述地面设置在贴片的周围，所述贴片和地面之间形成间隙；所述四个差分共面波导馈电端口形成两对相互正交的差分端口。
[0010]作为一种优选方案，所述贴片上刻蚀有四个矩形缝隙，所述四个矩形缝隙所在位置分别靠近贴片的四个边缘处。
[0011]作为一种优选方案，所述贴片为正方形贴片，所述四个差分共面波导馈电端口分另IJ与正方形贴片的上侧、下侧、左侧和右侧连接。
[0012]作为一种优选方案，所述地面为环形地面。
[0013]作为一种优选方案，所述介质基板采用相对介电常数为4.4的介质基板。
[0014]作为一种优选方案，所述贴片、地面以及四个差分共面波导馈电端口均采用金属材料构成。
[0015]本发明相对于现有技术具有如下的有益效果:
[0016]1、本发明的MMO天线克服了传统MMO天线不易与差分电路集成的缺点，贴片和地面共同设置在介质基板的其中一个面上，形成结构简单的单层平面结构，并采用差分共面波导馈电，可以更容易与差分电路集成。
[0017]2、本发明的MIMO天线具有两对差分端口，两对差分端口不仅共用了中间的贴片，而且共用了地面，使得天线的结构紧凑，体积小。
[0018]3、本发明的MMO天线的贴片上刻蚀有多个矩形缝隙(优选刻蚀有四个矩形缝隙)，可以达到双频工作的目的；经过电磁仿真表明，具有两个工作频段(3.2GHz?3.SGHz和5.2GHz?5.7GHz)，可以应用在WiMAX/WLAN系统中，而且整个天线结构简单，成本更低，加工更容易。
[0019]4、本发明的MMO天线克服了传统MMO天线去耦结构复杂、隔离度不好的缺点，两对差分馈电端口相互垂直放置，不仅可以实现双极化特性，而且两对差分馈电端口正好处于彼此的虚拟地面上，因此可以天然去除彼此的耦合，不需采用任何去耦合结构，就可以达到了 55dB以上的隔离度。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的高隔离度双极化差分双频MIMO天线结构示意图。
[0021]图2为本发明的高隔离度双极化差分双频MMO天线的电磁仿真奇模反射系数曲线图。
[0022]图3为本发明的高隔离度双极化差分双频MIMO天线的电磁仿真隔离度曲线图。
[0023 ]其中，1-介质基板，2-贴片，3-地面，4-第一差分共面波导馈电端口，5-第二差分共面波导馈电端口，6-第三差分共面波导馈电端口，7-第四差分共面波导馈电端口，8-第一矩形缝隙，9-第二矩形缝隙，10-第三矩形缝隙，11-第四矩形缝隙，12-间隙。
【具体实施方式】
[0024]实施例1:
[0025]如图1所示，本实施例的高隔离度双极化差分双频MIMO天线包括介质基板1，该介质基板I的相对介电常数为4.4，本实施例利用介质基板I的单层平面进行设计，所述介质基板I的正面印制有贴片2、地面3以及四个与贴片2连接的差分共面波导馈电端口。
[0026]所述四个差分共面波导馈电端口分别为第一差分共面波导馈电端口 4、第二差分共面波导馈电端口 5、第三差分共面波导馈电端口 6和第四差分共面波导馈电端口 7，所述第一差分共面波导馈电端口 4和第二差分共面波导馈电端口 5形成一对差分端口 A(含馈电口 A+和A-)，所述第三差分共面波导馈电端口 6和第四差分共面波导馈电端口 7形成一对差分端口 B (含馈电口 B+和B-)，差分端口 A和差分端口 B相互正交，馈电口 A+和A-分别馈入幅度相等、相位相反的差分信号，同理馈电口 B+和B-也一样。
[0027]所述贴片2为正方形贴片，所述第一差分共面波导馈电端口 4、第二差分共面波导馈电端口 5、第三差分共面波导馈电端口 6和第四差分共面波导馈电端口 7分别与正方形贴片的上侧、下侧、左侧和右侧连接，正方形贴片上刻蚀有四个矩形缝隙，以达到双频工作的目的，四个矩形缝隙分别为第一矩形缝隙8、第二矩形缝隙9、第三矩形缝隙10和第四矩形缝隙11，所述第一矩形缝隙8、第二矩形缝隙9、第三矩形缝隙10和第四矩形缝隙11所在位置分别靠近贴片的四个边缘处。
[0028]所述地面3为环形地面，其设置在贴片2的周围，所述贴片2和地面3之间形成间隙12，天线通过该间隙12进行辐射；差分端口 A和差分端口 B不仅共用了中间的贴片2，而且共用了地面3，使得天线的结构紧凑，体积小。
[0029]由于天线完全对称，因此当差分端口 A工作时，位于馈电口 A+和馈电口 A-的正中间会形成一条电压为O的“虚拟地面”LI，也就是馈电口 B+和馈电口 B-所在的面上，说明差分端口 B不会有差分信号输出；同理，当差分端口 B工作时，位于馈电口 B+和馈电口 B-的正中间会形成一条电压为O的“虚拟地面” L2，也就是馈电口 A+和馈电口 A-所在的面上，说明差分端口 A不会有差分信号输出；因此，不用任何去耦合结构，差分端口 A和差分端口B都可以形成极高的隔离度，而且理论上是无穷大的。由于差分端口 A和差分端口 B相互正交，因此当它们工作时，可以形成相互正交的双极化特性。
[0030]如图2所示的电磁仿真奇模反射系数曲线，天线的两个工作带宽为3.2GHz?
3.8GHz和5.2GHz?5.7GHz (这两个频段内，奇模反射系数的值都小于-1OdB)，可以应用在WiMAX/WLAN 系统中。
[0031]天线的两对差分端口 A和差分端口 B相互垂直放置在彼此的虚拟地面上，不仅形成了正交的双极化特性，而且也实现了极高的隔离度特性，如图3所示的电磁仿真隔离度曲线，在整个工作频带内，天线的隔离度达到了 55dB以上，远高于普通MMO天线单元间20dB的隔离度，这说明差分端口 A和差分端口 B可以独立工作，而不受彼此的影响。
[0032]上述贴片2、地面3以及四个差分共面波导馈电端口均采用金属材料构成，如铜等金属材料。
[0033]综上所述，本发明的MMO天线采用结构简单的单层平面结构，并采用差分共面波导馈电，可以更容易与差分电路集成，两对差分馈电端口相互垂直放置，不仅可以实现双极化特性，而且可以实现极高的隔离度特性，整个天线具有设计简单，体积小，成本低，特性好的优点，还具有两个工作频段，可以应用在WiMAX/WLAN系统中。
[0034]以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
【主权项】
1.高隔离度双极化差分双频MIMO天线，包括介质基板，其特征在于:所述介质基板的其中一个面上设有贴片、地面以及四个分别与贴片连接的差分共面波导馈电端口，所述贴片上刻蚀有多个矩形缝隙，所述地面设置在贴片的周围，所述贴片和地面之间形成间隙；所述四个差分共面波导馈电端口形成两对相互正交的差分端口。2.根据权利要求1所述的高隔离度双极化差分双频MIMO天线，其特征在于:所述贴片上刻蚀有四个矩形缝隙，所述四个矩形缝隙所在位置分别靠近贴片的四个边缘处。3.根据权利要求1所述的高隔离度双极化差分双频MIMO天线，其特征在于:所述贴片为正方形贴片，所述四个差分共面波导馈电端口分别与正方形贴片的上侧、下侧、左侧和右侧连接。4.根据权利要求1所述的高隔离度双极化差分双频MIMO天线，其特征在于:所述地面为环形地面。5.根据权利要求1-4任一项所述的高隔离度双极化差分双频MIMO天线，其特征在于:所述介质基板采用相对介电常数为4.4的介质基板。6.根据权利要求1-4任一项所述的高隔离度双极化差分双频MIMO天线，其特征在于:所述贴片、地面以及四个差分共面波导馈电端口均采用金属材料构成。
【专利摘要】本发明公开了一种高隔离度双极化差分双频MIMO天线，包括介质基板，所述介质基板的其中一个面上设有贴片、地面以及四个分别与贴片连接的差分共面波导馈电端口，所述贴片上刻蚀有多个矩形缝隙，所述地面设置在贴片的周围，所述贴片和地面之间形成间隙；所述四个差分共面波导馈电端口形成两对相互正交的差分端口。本发明的MIMO天线采用结构简单的单层平面结构，并采用差分共面波导馈电，可以更容易与差分电路集成，两对差分馈电端口相互垂直放置，不仅可以实现双极化特性，而且可以实现极高的隔离度特性，整个天线具有设计简单，体积小，成本低，特性好的优点，还具有两个工作频段，可以应用在WiMAX/WLAN系统中。
【IPC分类】H01Q1/38, H01Q5/20, H01Q1/52
【公开号】CN104882674
【申请号】CN201510270478
【发明人】李文翱, 涂治红, 褚庆昕
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月25日