[發明專利]一種基于印刷電路板的小尺寸寬帶寬的四單元MIMO天線

有效

• 申請號: 201410136943.7
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103915685A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 王涵;劉龍生;李越;張志軍;馮正和
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q21/20
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明屬于天線技術領域，特別涉及一種基于印刷電路板的小尺寸寬帶寬的四單元MIMO天線。

背景技術

近年來，無線接入技術取得了快速發展，豐富的網絡資源對無線接入技術的帶寬提出了新的要求。由于頻譜規劃的限制和富多徑接入環境的廣泛存在，如何在現有的頻率資源和時間資源下提高信道的容量，成為了研究的熱點。在這一背景下，MIMO技術應運而生，它在現有的頻域和時域資源之上提出了利用空域資源的概念，利用發射接收端的多個發送接收天線，在空間中，尤其是富多徑環境中，形成多個有效傳輸信道，從而在不占用額外的頻域和時域資源的前提下，成倍的提高無線通信的速率。得益于其優異的性能，MIMO技術在3G、4G等無線通訊技術中已廣泛部署，而許多新興的無線接入技術，如802.11標準和WiMax標準等，也已經把MIMO技術列入其中。

考慮到MIMO系統的有效性很大程度取決于空間中的無線信道特征，MIMO天線的設計對MIMO系統的性能起著至關重要的作用。MIMO天線的評價標準主要包括MIMO天線的尺寸、單元個數，帶寬、互耦、增益、方向圖特性等。傳統的MIMO天線多應運于無線通信基站等環境，其物理尺寸不受限，因此，可以采用多種方式來拓展帶寬，增加增益，減小天線單元間互耦，提高MIMO天線的性能。然而，隨著MIMO技術逐步應用于802.11和WiMax無線終端上，其小型化，寬帶化的趨勢，對MIMO天線的設計提出了更高的要求。一方面，人們希望能在這些終端中使用更多的天線單元，以提高系統的分集增益，另一方面，人們又希望在有限的設備體積內，獲得更寬的帶寬和更低的信道相關性，以提高MIMO系統的性能。考慮到這些特性在天線設計中相互制約，此消彼長，如何在低互耦，輻射方向圖低相關的前提下，實現天線的小型化，寬帶化，成為了MIMO系統設計和天線設計領域的一項新的挑戰。

為了在有限的空間中安排下更多的天線單元，天線輻射單元的尺寸必須要進行小型化，常規的技術包括使用高電介質常數的材料作為基材，或是對天線單元使用折疊線，彎折線等手段。然而前者制作工藝流程復雜，成本較高不利于普及，而后者會對天線增益和效率帶來損失，同時會對天線單元的帶寬產生負面作用。在帶寬拓展方面，常見的實現方式有合并諧振模式，引入超材料，以及采用超寬帶單元等。然而，這些方式一般需要與波長相比擬的尺寸來實現，在小型多輻射單元的MIMO天線中應用較為困難。值得注意的是，MIMO系統的性能與天線輻射單元間的耦合密切相關，MIMO天線小型化和寬帶化會進一步提高天線輻射單元間的耦合。傳統的解耦方式，如采用解耦網絡，或引入扼流分支、扼流槽的方式，往往是針對點頻進行處理，在寬帶寬下難以應用。而如果采用具有正交模式的單元作為天線的輻射單元，如槽天線與單極子天線的組合，雖然可以獲得較理想的互耦特性，但會造成天線的輻射特性不一致，方向圖和增益特性不理想。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于印刷電路板的小尺寸寬帶寬的四單元MIMO天線，該天線為方型結構，采用了具有寬帶輻射特性的雙臂共地型的偶極子作為輻射單元，四個輻射單元呈90度旋轉對稱式的排列在印刷電路板上，并由微帶線進行饋電，由于四個輻射單元為共地設計，在小尺寸下，實現了低頻的良好匹配，同時，雙臂共地型偶極子的設計有效的避免了不平衡（微帶線）到平衡（偶極子）中所需的轉換，進一步減小了天線所需的尺寸。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于印刷電路板的小尺寸寬帶寬的四單元MIMO天線，包括：

基板1，為雙面印刷電路板；

刻在基板1反面12中心部分的圓片狀的金屬地5；

刻在基板1反面12且連接在金屬地5上的旋轉對稱的四個雙臂共地型的偶極子單元2；

刻在基板1反面12且連接在金屬地5上的旋轉對稱的四個齒形地支結構3，每個偶極子單元2與每個齒形地支結構3間隔分布；

刻在基板1金屬材質的正面11上的四條微帶型饋電線4，微帶型饋電線4與偶極子單元2在垂直方向上相對應，且基板1上開有用于連接二者的四排通孔6，同時在基板1的中心部位開有用于連接微帶型饋電線4與外圍饋電線纜的四個饋電通孔7，以使得當射頻信號通過饋電通孔7饋入微帶型饋電線4后，沿微帶型饋電線4跨過偶極子單元2的雙臂間的縫隙到達通孔6，并在偶極子單元2的雙臂上激勵起輻射電流，形成輻射。