本發(fā)明涉及一種緊湊型四單元超寬帶MIMO天線，屬于無(wú)線短距離通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在無(wú)線通信系統(tǒng)中，由于受到植被、建筑物、地表等諸多因素的影響，在發(fā)射機(jī)端發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)這些環(huán)境發(fā)生不同程度的折射、反射和直射等，造成到達(dá)接收機(jī)的不同路徑的信號(hào)相位、幅度和時(shí)延都不盡相同，最終導(dǎo)致信號(hào)呈衰落狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱(chēng)之為多徑效應(yīng)。時(shí)延的不同會(huì)產(chǎn)生信號(hào)誤碼，對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的干擾且這種誤碼靠若只是通過(guò)增加發(fā)射功率是難以抹滅的。

MIM多天線技術(shù)的提出算是對(duì)對(duì)抗多徑衰弱的福音，與傳統(tǒng)技術(shù)不同，MIMO技術(shù)不再將它作為消極因素，在空間中充分利用分集和復(fù)用技術(shù)，大大的提高了信號(hào)穩(wěn)定性和信道容量。將MIMO多天線技術(shù)結(jié)合到超寬帶技術(shù)能夠極大的增強(qiáng)其工作性能。

超寬帶MIMO技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景，它可以應(yīng)用于軍事、無(wú)線多媒體局域網(wǎng)、家庭娛樂(lè)、智能交通系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。隨著人們對(duì)設(shè)備小型化需求的提高，對(duì)超寬帶MIMO天線提出了更高的要求。如何減小天線的尺寸同時(shí)保證天線單元之間具有高隔離度成了相當(dāng)嚴(yán)峻的問(wèn)題。

很顯然，UWB MIMO天線的是極具探究?jī)r(jià)值的。但是通常來(lái)講，當(dāng)兩個(gè)普通天線之間的距離小于二分之一個(gè)波長(zhǎng)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的互耦，干擾彼此的工作狀態(tài)，嚴(yán)重降低它們各自的輻射效率和增益。所以，在UWB MIMO天線的設(shè)計(jì)中，保證寬頻帶阻抗匹配、小型化和高隔離都是必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、成本低廉的四單元超寬帶MIMO天線，滿(mǎn)足當(dāng)前無(wú)線短距離終端設(shè)備便攜化、小型化的需求。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種緊湊型四單元超寬帶MIMO天線，包括背面接地的介質(zhì)板，其特征是，還包括設(shè)置在介質(zhì)板正面的四個(gè)相同的輻射單元、四段相同的微帶饋線及饋電端口、四個(gè)相同的倒L形地板枝節(jié)、四條平行微帶支條和兩組相同的地板細(xì)縫；所述的四個(gè)輻射單元對(duì)稱(chēng)設(shè)置在介質(zhì)板正面的四個(gè)頂角位置，所述四段微帶饋線的一端分別與所述四個(gè)輻射單元相連接，所述饋電端口設(shè)在每個(gè)所述微帶饋線的另一端；在所述介質(zhì)板短邊一側(cè)的兩個(gè)輻射單元之間下方的介質(zhì)板上延伸出對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)倒L形地板枝節(jié)和兩個(gè)相互平行的微帶支條，所述L形地板枝節(jié)的長(zhǎng)邊與短邊與輻射單元相重合，構(gòu)成雙面雙帶線結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述微帶支條平行于介質(zhì)板長(zhǎng)邊設(shè)置在L形地板枝節(jié)的長(zhǎng)邊上；所述介質(zhì)板長(zhǎng)邊一側(cè)的相鄰輻射單元之間地板上設(shè)置有兩組地板縫隙。

進(jìn)一步的，每個(gè)所述輻射單元上都設(shè)有矩形凹槽。

進(jìn)一步的，所述介質(zhì)板短邊一側(cè)的兩個(gè)輻射單元下方的倒L枝節(jié)長(zhǎng)邊頂端互相垂直放置。

進(jìn)一步的，所述介質(zhì)板背面設(shè)有接地板。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

1）設(shè)計(jì)新穎的具有四個(gè)輻射單元的超寬帶MIMO天線，具有良好匹配、低互耦、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，低成本，適用于絕大部分無(wú)線傳輸設(shè)備；

2）本發(fā)明所設(shè)計(jì)的天線各個(gè)輻射單元之間的隔離度都很高，均低于-15dB。每個(gè)天線單元都能獨(dú)立工作，且具有良好的輻射特性；

3）本發(fā)明所設(shè)計(jì)的隔離結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效；

4）本發(fā)明采用印刷單極子，平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方便集成到電路板中，適用于小型移動(dòng)通信設(shè)備；

5）本發(fā)明采用的MIMO超寬帶天線陣列，以很小的尺寸面積，頻率覆蓋了超寬帶通信所需的3.1-10.6GHz頻段。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明超寬帶MIMO天線結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明超寬帶MIMO天線劃分的尺寸圖；

圖3是本發(fā)明超寬帶MIMO天線回波損耗和實(shí)測(cè)S參數(shù)示意圖；

圖4（a）是W9變化對(duì)天線S11參數(shù)的影響；

圖4（b）是W6變化對(duì)天線S11參數(shù)的影響；

圖4（c）是地板枝節(jié)變化對(duì)天線隔離度S12的影響；

圖5（a）是有無(wú)地板縫隙組對(duì)天線隔離度S13、S14的影響；

圖5（b）是對(duì)地板縫隙組仿真的結(jié)果；

圖中的1是矩形凹槽，2是輻射單元，3是微帶饋線，4是地板枝節(jié)，5是微帶支條，6是地板細(xì)縫，7是接地板，8是介質(zhì)板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示的一種緊湊型四單元超寬帶MIMO天線，包括介質(zhì)板8、設(shè)于介質(zhì)板背面的接地板7，設(shè)于介質(zhì)基板8正面的四個(gè)完全一樣的輻射單元2，連接輻射單元2的的四個(gè)完全相同的微帶饋線3，饋電端口P1、P2、P3、P4。

所述天線各個(gè)輻射單元2上的矩形凹槽1用于擴(kuò)展低頻帶寬以及提高低頻帶寬部分的隔離度。

所述天線中各個(gè)輻射單元2下方地板上延伸出倒L形地板枝節(jié)4，它們的長(zhǎng)邊與短邊與輻射單元2相重合，構(gòu)成雙面雙帶線結(jié)構(gòu)。改變它們之間的重合部分，可以分別調(diào)節(jié)低頻和高頻部分的帶寬。介質(zhì)板8短邊一側(cè)的兩個(gè)輻射單元下方的倒L形地板枝節(jié)4長(zhǎng)邊頂端互相垂直放置，以提高兩輻射單元之間的隔離度。

所述天線中兩個(gè)長(zhǎng)邊頂端互相垂直放置的倒L形地板枝節(jié)4上連接有四個(gè)微帶支條5，相當(dāng)于一個(gè)低頻諧振器，以此來(lái)改善低頻段的隔離度。

所述天線中介質(zhì)板8長(zhǎng)邊一側(cè)的相鄰輻射單元2之間介質(zhì)板上設(shè)置有兩組地板縫隙6，相當(dāng)于低頻帶阻濾波器，提高低頻部分的隔離度。

如圖2所示，本發(fā)明的緊湊型四單元超寬帶MIMO天線，它包括了相對(duì)介電常數(shù)為4.4、損耗正切值為0.02，厚度為0.8mm的FR4介質(zhì)板8、設(shè)于介質(zhì)板背面的接地板7，設(shè)于介質(zhì)板正面的四個(gè)完全一樣的輻射單元2，連接輻射單元的的四個(gè)完全相同的微帶饋線3，饋電端口P1-P4。

所述的緊湊型四單元超寬帶MIMO天線，其特征在于所述的天線具有四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的輻射單元，并且采用印刷單極子天線，平面結(jié)構(gòu)、對(duì)稱(chēng)放置，極大地減小了所述天線的尺寸。

所述的緊湊型超寬帶MIMO天線的仿真回波損耗和實(shí)測(cè)得到的S參數(shù)數(shù)據(jù)如圖3所示，由于各個(gè)輻射單元均高度對(duì)稱(chēng)，為了簡(jiǎn)潔、方便觀看，在圖3中僅列出了第一輻射單元及其與其它輻射單元的S參數(shù)曲線。可以看出所述天線在超寬帶（UWB）（3.1-10.6GHz）頻段上獲得了良好的阻抗匹配。第一輻射單元與其它輻射單元之間的隔離度均大于-15dB，所述天線具有良好的工作特性。

首先要設(shè)計(jì)一款工作在超寬帶（3.1-10.6GHz）頻段范圍內(nèi)的輻射單元，在介質(zhì)基板短邊僅放置兩個(gè)相同的輻射單元2。由于空間電磁場(chǎng)和接地電流的影響，會(huì)破壞它們?cè)械淖杩蛊ヅ?。為此在兩個(gè)輻射單元下方地板上均延伸出倒L形地板枝節(jié)。調(diào)節(jié)W9的大小，即改變輻射單元與倒L形地板枝節(jié)的重合面積。隨著W9的增加，即耦合面積增加，帶寬向低頻移動(dòng)，如圖4（a）。調(diào)節(jié)W6的大小，同樣是改變輻射單元與倒“L”枝節(jié)的重合面積。隨著W6減小，即耦合面積減小，帶寬向高頻移動(dòng)，如圖4（b）。而兩個(gè)倒“L”枝節(jié)的長(zhǎng)邊互相垂直放置，使得它們上面的電流相互垂直，極大減小了兩個(gè)輻射單元之間的耦合，提高了兩個(gè)輻射單元之間的隔離度，如圖4（c）。可以看出在沒(méi)有加入任何枝節(jié)的情況下，兩輻射單元之間的隔離度均小于-10dB，主要是由于輻射單元特殊的三角形斜邊結(jié)構(gòu)達(dá)到的。在輻射單元的凹槽相當(dāng)于低頻諧振器，使得低頻4GHz附近隔離度低于-25dB。加入兩個(gè)互相垂直的倒“L”枝節(jié)之后兩個(gè)輻射單元之間的隔離度在5GHz以上均獲得了極大的改善，小于-20dB。但是3-5GHz的隔離度有所提高但是仍然在-20dB附近，這主要是由于倒“L”枝節(jié)與輻射單元形成雙面雙帶線，它們之間具有強(qiáng)烈的耦合導(dǎo)致的，會(huì)破壞它們之間的低相關(guān)性。

如圖5（a）所示為第一輻射單元與第三輻射單元、第四輻射單元之間的隔離度。當(dāng)沒(méi)有加入地板縫隙組的時(shí)候，第一輻射單元與第三輻射單元之間具有良好的隔離度；但是第一輻射單元與第四輻射單元之間的隔離度在3-6.5GHz之間都是大于-15dB的。當(dāng)在介質(zhì)基板長(zhǎng)邊一側(cè)的地板上都加入縫隙組后，第一輻射單元與第三輻射單元之間的隔離度略微得到改善；而第一輻射單元與第四輻射單元之間的隔離度卻得到極大的改善，整個(gè)頻段上的隔離度均小于-15dB。這是因?yàn)檫@兩組地板縫隙相當(dāng)于低頻的帶阻濾波器，很好的阻絕了介質(zhì)板長(zhǎng)邊一側(cè)兩輻射單元間接地電流的影響，從而降低了它們之間的耦合，如圖5（b）所示。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。