一種基于時(shí)間反演的密集單極子mimo天線的制作方法
【專(zhuān)利摘要】該發(fā)明公開(kāi)了一種基于時(shí)間反演的密集單極子MIMO天線，天線包括矩形絕緣基板，設(shè)于絕緣基板下表面的金屬地板，設(shè)于絕緣基板上表面的接地金屬貼片、饋線、單極子、接地線，天線整體沿軸線左右對(duì)稱(chēng)。其中，8個(gè)單極子密集平行排列，因?yàn)楦鲉螛O子距離較近，因而具有了亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，這8個(gè)單極子互相作為對(duì)方的散射體，從而在時(shí)間反演電磁環(huán)境下具有超分辨率特性，可以在時(shí)間反演電磁環(huán)境下自然地改善端口的隔離度。由于采用整體設(shè)計(jì)的思想，考慮了單元之間的耦合效應(yīng)，因此本發(fā)明避免了單元排布時(shí)輻射效率下降的問(wèn)題，并且本發(fā)明為平面結(jié)構(gòu)，減小了天線的空間尺寸，適應(yīng)現(xiàn)在通信移動(dòng)終端的扁平狀空間需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于時(shí)間反演的密集單極子MIMO天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于無(wú)線通信終端的時(shí)間反演多入多出(MIMO)天線技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著個(gè)人業(yè)務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)，移動(dòng)終端面臨著通信容量和通信速率亟待提高的巨大需求。在移動(dòng)終端上設(shè)計(jì)多個(gè)天線單元，增加獨(dú)立的無(wú)線信道數(shù)量是未來(lái)移動(dòng)通信提高移動(dòng)終端通信性能的主要手段之一。根據(jù)傳統(tǒng)理論，為使多天線系統(tǒng)(陣列天線)獲得良好的空間分集增益和空間復(fù)用增益，要求天線單元間距不小于半個(gè)工作波長(zhǎng)。如果在有限空間內(nèi)使得天線單元間距遠(yuǎn)小于半個(gè)工作波長(zhǎng)，將導(dǎo)致單元間的耦合增大，各天線對(duì)應(yīng)的無(wú)線信道的相關(guān)性大大提高，導(dǎo)致移動(dòng)終端系統(tǒng)的通信容量和通信速率極大地降低，嚴(yán)重?fù)p害了通信質(zhì)量，從而失去了引入多天線系統(tǒng)的意義。盡管人們對(duì)天線單元小型化進(jìn)行了諸多研究，由于移動(dòng)終端平臺(tái)的尺寸有限，要將多個(gè)用于不同信道的天線集成在移動(dòng)終端上，所占用的空間仍然較大。隨著時(shí)間反演技術(shù)的日益成熟，利用時(shí)間反演電磁波自適應(yīng)的空間、時(shí)間同步聚焦特性，可以解決許多傳統(tǒng)方法無(wú)法解決的難題。時(shí)間反演(TimeReversal)需要在信源的附近布置散射體以構(gòu)成多徑信道。發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)散射體散射后由遠(yuǎn)場(chǎng)放置的時(shí)間反演鏡(TRM)接收，接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)間反演后，再重新發(fā)射。重發(fā)射的信號(hào)就可以在源點(diǎn)附近實(shí)現(xiàn)空間與時(shí)間聚焦。
[0003]2011年王秉中等人提出了“一種無(wú)線移動(dòng)終端用時(shí)間反演亞波長(zhǎng)陣列天線”(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201110066620.1 ;申請(qǐng)公布日:2011.06.29 ;發(fā)明人:王秉中，葛廣頂，臧銳)，可以展示遠(yuǎn)場(chǎng)亞波長(zhǎng)超分辨率聚焦特性。該天線陣由間距在1/40?1/2波長(zhǎng)之間的多個(gè)刻蝕凹槽的單極子天線單元層疊而成。每個(gè)天線單元由位于矩形介質(zhì)基片正反兩面金屬貼片構(gòu)成；正面金屬貼片包括中間的橢圓形單極子輻射單元和彼此相連的兩個(gè)側(cè)面金屬貼片；反面金屬貼片由彼此相連的矩形金屬貼片和直角梯形金屬貼片構(gòu)成；所有金屬貼片上都均勻分布得有刻蝕凹槽。該天線陣可以在單元間距為1/40?1/2波長(zhǎng)的情況下具有超分辨率特性，但是該天線陣未考慮到各個(gè)單元間的互耦效應(yīng)，因此單元在層疊排布之后輻射效率變差。并且現(xiàn)在通行的移動(dòng)終端大多是扁平狀的，這種層疊布陣方式使得天線陣占用的空間較大，不能滿足扁平狀移動(dòng)終端對(duì)空間排布的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)【背景技術(shù)】的不足，提出了一種基于時(shí)間反演的密集單極子MIMO天線，以避免天線單元排布時(shí)輻射效率的下降，并且減小了天線的空間尺寸，適應(yīng)現(xiàn)在通信移動(dòng)終端的扁平狀空間需求。
[0005]本發(fā)明天線包括矩形絕緣基板，設(shè)于絕緣基板下表面的金屬地板，設(shè)于絕緣基板上表面的接地金屬貼片、饋線、單極子、接地線，天線整體沿軸線左右對(duì)稱(chēng)，其特征在于所述金屬地板為矩形地板，地板的一長(zhǎng)邊、兩短邊位于絕緣基板的邊；所述接地金屬貼片位于地板的正上方且通過(guò)均勻分布的金屬通孔連接地板；接地金屬貼片內(nèi)分布有8條饋線，饋線與接地金屬貼片之間有間隙，每條饋線的輸出端都分別連接一個(gè)單極子，饋線的另一端位于絕緣基板的邊，為輸入端口 ；所述單極子為長(zhǎng)條形金屬貼片，且所有單極子相互平行，相鄰兩個(gè)單極子的間距為λ/40-λ/2 (λ為工作頻段的中心波長(zhǎng))，每個(gè)單極子側(cè)邊引出一接地線連接接地金屬貼片。
[0006]所述單極子與饋線的寬度均相同。
[0007]所述同一饋線兩邊的間隙寬度一致。
[0008]所述金屬通孔的間距為0.5_6mm。
[0009]所述金屬地板、接地金屬貼片、饋線、單極子及接地線印制或刻蝕于絕緣基板。
[0010]本發(fā)明中8個(gè)單極子密集平行排列，因?yàn)楦鲉螛O子距離較近，因而具有了亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，這8個(gè)單極子互相作為對(duì)方的散射體，從而在時(shí)間反演電磁環(huán)境下具有超分辨率特性，可以在時(shí)間反演電磁環(huán)境下自然地改善端口的隔離度。由于采用整體設(shè)計(jì)的思想，考慮了單元之間的耦合效應(yīng)，因此本發(fā)明避免了單元排布時(shí)輻射效率下降的問(wèn)題，并且本發(fā)明為平面結(jié)構(gòu)，減小了天線的空間尺寸，適應(yīng)現(xiàn)在通信移動(dòng)終端的扁平狀空間需求。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為【背景技術(shù)】一種無(wú)線移動(dòng)終端用時(shí)間反演亞波長(zhǎng)陣列天線示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明基于時(shí)間反演的密集單極子MIMO天線正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明基于時(shí)間反演的密集單極子MIMO天線背面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4為本發(fā)明基于時(shí)間反演的密集單極子MIMO天線側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5為本發(fā)明天線的仿真電壓駐波比(VSWR)；
[0016]圖6為本發(fā)明天線各端口輸入時(shí)的仿真方向圖；
[0017]其中圖6 (a)是天線端口 I輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (b)是天線端口 2輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (c)是天線端口 3輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (d)是天線端口 4輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (e)是天線端口 5輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (f)是天線端口 6輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (g)是天線端口 7輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (h)是天線端口 8輸入時(shí)的仿真方向圖；
[0018]圖7為本發(fā)明天線各端口輸入時(shí)的耦合情況；
[0019]其中圖7 (a)是天線端口 I和端口 5輸入時(shí)的耦合情況，圖7 (b)是天線端口 2和端口 6輸入時(shí)的耦合情況，圖7 (c)是天線端口 3和端口 7輸入時(shí)的耦合情況，圖7 (d)是天線端口 4和端口 8輸入時(shí)的耦合情況。
[0020]圖中:1.第一饋線，2.第二饋線，3.第三饋線，4.第四饋線，5.第四單極子，6.第三單極子，7.第二單極子8.第一單極子，9.第一接地線，10.第二接地線，11.第三接地線，
12.第四接地線，13.介質(zhì)基板，14.接地金屬通孔，15.金屬地板。
【具體實(shí)施方式】
[0021]天線的結(jié)構(gòu)如圖2-圖4所示，包括矩形絕緣基板，印制于絕緣基板下表面的金屬地板，印制于絕緣基板上表面的接地金屬貼片、饋線、單極子、接地線。天線整體沿軸線左右對(duì)稱(chēng)，接地金屬貼片通過(guò)接地金屬通孔14穿過(guò)介質(zhì)基板13連接金屬地板15。[0022]接地金屬貼片、饋線、單極子、接地線、地板均為厚度為0.07mm的銅箔，接地金屬通孔14直徑為0.5mm。介質(zhì)基板13的尺寸為80X 50mm2，地板15的尺寸為80X 20mm2。饋線的寬均為1mm，相鄰兩饋線輸入端口的間距為10mm，彎折處距離介質(zhì)基板下邊沿依次為15mm、11mm、7mm、3mm,第一饋線I的兩側(cè)間隙寬度為0.4mm,第二饋線2的兩側(cè)間隙寬度為0.5mm,第三饋線3的兩側(cè)間隙寬度為0.5mm，第四饋線4的兩側(cè)間隙寬度為0.6mm。接地金屬通孔成方格狀規(guī)律分布，其水平間距為3mm，豎直間距為4mm，但接地金屬通孔不能連接在饋線上。單極子的寬均為1mm，相鄰單極子之間的距離為3mm,第四單極子5的長(zhǎng)度為24mm,第三單極子6的長(zhǎng)度為20mm，第二單極子7的長(zhǎng)度為24.2mm，第一單極子8的長(zhǎng)度為24.2mm。每個(gè)單極子側(cè)邊引出一接地線連接接地金屬貼片，接地線的寬度均為0.5mm,第一接地線9的長(zhǎng)度為9mm，第二接地線10的長(zhǎng)度為1mm，第三接地線的長(zhǎng)度為3mm，第四接地線的長(zhǎng)度為3mm。
[0023]圖5為本發(fā)明天線的仿真電壓駐波比(VSWR)。由于天線結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，所以VSWR兩兩對(duì)應(yīng)相同。天線8根饋線位于介質(zhì)基板的邊的一端為天線的8個(gè)輸入端口，從左至右一次為端口 8、7、6、5、1、2、3、4。8個(gè)端口分別輸入時(shí)的最寬頻帶和最窄頻帶分別為2.36-2.71G和 2.36-2.59G,重合頻帶為 2.36-2.59G。
[0024]圖6為本發(fā)明天線各端口輸入時(shí)的仿真方向圖；其中圖6 (a)是天線端口 I輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (b)是天線端口 2輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (c)是天線端口 3輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (d)是天線端口 4輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (e)是天線端口 5輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (f)是天線端口 6輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (g)是天線端口 7輸入時(shí)的仿真方向圖，圖6 (h)是天線端口 8輸入時(shí)的仿真方向圖。圖中天線的E面具有定向性，H面具有全向性。由方向圖可知，各個(gè)端口輸入時(shí)的最大增益為4.1-6.2dBi，增益比較均勻。
[0025]圖7為本發(fā)明天線在普通電磁環(huán)境下各端口輸入時(shí)的耦合情況；其中圖7 Ca)是天線端口 I和端口 5輸入時(shí)的耦合情況，圖7 (b)是天線端口 2和端口 6輸入時(shí)的耦合情況，圖7 (c)是天線端口 3和端口 7輸入時(shí)的耦合情況，圖7 (d)是天線端口 4和端口 8輸入時(shí)的耦合情況。由圖7可知，各端口之間的隔離效果不同，有些端口之間的隔離效果較好，有些端口之間的隔離效果較差。將圖7中的耦合情況統(tǒng)計(jì)后如表1所示，表中標(biāo)示V表示在2-3G范圍內(nèi)兩端口之間的耦合較好(小于-10dB)。由表1可知，與端口 I隔離效果較好的端口中包含端口 3、6、8，與端口 3隔離效果較好的包含端口 1、6、8，與端口 6隔離效果較好的包含端口 1、3、8，與端口 8隔離效果較好的包含端口 1、3、6，也就是說(shuō)，端口 1、3、6、8互相之間的隔離效果都較好，這四個(gè)端口是可以同時(shí)工作的。同樣的，端口 1、4、5、8和端口
1、4、6、8也是可以同時(shí)工作的。
[0026]表1普通電磁環(huán)境下各端口之間的耦合統(tǒng)計(jì)
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種基于時(shí)間反演的密集單極子MIMO天線，包括矩形絕緣基板，設(shè)于絕緣基板下表面的金屬地板，設(shè)于絕緣基板上表面的接地金屬貼片、饋線、單極子、接地線，天線整體沿軸線左右對(duì)稱(chēng)，其特征在于所述金屬地板為矩形地板，地板的一長(zhǎng)邊、兩短邊位于絕緣基板的邊；所述接地金屬貼片位于地板的正上方且通過(guò)均勻分布的金屬通孔連接地板；接地金屬貼片內(nèi)分布有8條饋線，饋線與接地金屬貼片之間有間隙，每條饋線的輸出端都分別連接一個(gè)單極子，饋線的另一端位于絕緣基板的邊，為輸入端口 ；所述單極子為長(zhǎng)條形金屬貼片，且所有單極子相互平行，相鄰兩個(gè)單極子的間距為λ /40- λ /2，每個(gè)單極子側(cè)邊引出一接地線連接接地金屬貼片。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間反演的密集單極子MIMO天線，其特征在于所述單極子與饋線的寬度均相同。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間反演的密集單極子MIMO天線，其特征在于所述同一饋線兩邊的間隙寬度一致。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間反演的密集單極子MIMO天線，其特征在于所述金屬通孔的間距為0.5_6mm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間反演的密集單極子MIMO天線，其特征在于所述金屬地板、接地金屬貼片、饋線、單極子及接地線印制或刻蝕于絕緣基板。
【文檔編號(hào)】H01Q1/50GK103928768SQ201410146905
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】王任, 王秉中, 丁霄 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)