[發(fā)明專利]一種新型超材料圓極化MIMO天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110468616.1
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN112886240B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉亮元;吳梓慷;洪釗洵;陳又鮮;袁海軍
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)中山學(xué)院
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q5/28;H01Q5/307;H01Q1/52;H01Q21/06
• 代理公司: 北京商專潤文專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11317
• 代理人: 朱艷虎

本發(fā)明公開了一種新型超材料圓極化MIMO天線,包括：介質(zhì)基板、四個超材料天線單元，超材料天線單元包括天線本體、第一開口環(huán)、第一連接部、第二開口環(huán)、第三開口環(huán)和第二連接部，第二開口環(huán)尺寸大于第三開口環(huán)的尺寸，天線本體設(shè)于所述第二開口環(huán)內(nèi)并與之保持間隙；介質(zhì)基板包括介質(zhì)板、金屬地板，金屬地板的每一側(cè)邊設(shè)有E字形縫隙，第一連接部連接饋電端，第二連接部和第三開口環(huán)分別與金屬地板連接。采用上述技術(shù)方案，可構(gòu)成新型超材料的互補(bǔ)開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，可以獲得較寬的阻抗帶寬和軸比帶寬，通過E字形縫隙構(gòu)成缺陷地結(jié)構(gòu)，提高4個超材料天線單元之間的隔離度，提升超材料天線單元的輻射性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型超材料圓極化MIMO天線。

背景技術(shù)

5G通信系統(tǒng)MIMO天線中一個很重要指標(biāo)是隔離度測試，從目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，移動通信終端天線尺寸大、帶寬窄和MIMO天線隔離度低等問題都有待進(jìn)一步提高。由于圓極化MIMO工作原理分析和天線優(yōu)化設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，該天線發(fā)展較為遲緩。圓極化MIMO天線研究的難點(diǎn)主要表現(xiàn)在：在設(shè)計(jì)圓極化MIMO天線時，不僅要考慮天線單元的阻抗匹配性能、天線端口之間的隔離度性能，還要考慮實(shí)現(xiàn)每個天線的圓極化性能，并且要保證天線單元的圓極化帶寬和阻抗帶寬一致。通常天線某一個參數(shù)的變化可能實(shí)現(xiàn)了更寬的阻抗帶寬，但是也可能使天線的軸比、隔離度等惡化，經(jīng)常會導(dǎo)致天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)顧此失彼，效率低下。設(shè)計(jì)多帶圓極化MIMO天線，需要考慮好天線結(jié)構(gòu)形式、天線單元的阻抗帶寬、圓極化帶寬，以及有限空間多天線之間的隔離度，多個優(yōu)化目標(biāo)同時滿足要求仍然是一個難題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種新型超材料圓極化MIMO天線以解決上述技術(shù)問題。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，設(shè)計(jì)出一種新型超材料圓極化MIMO天線，包括：介質(zhì)基板、以及設(shè)于介質(zhì)基板頂部邊緣的四個超材料天線單元，所述超材料天線單元包括天線本體、第一開口環(huán)、第一連接部、第二開口環(huán)、第三開口環(huán)和第二連接部，所述天線本體、第一開口環(huán)、第一連接部連接為一體，所述第二開口環(huán)、第三開口環(huán)和第二連接部連接為一體，所述第二開口環(huán)尺寸大于第三開口環(huán)的尺寸，所述天線本體設(shè)于所述第二開口環(huán)內(nèi)并與之保持間隙；

所述介質(zhì)基板包括介質(zhì)板和設(shè)于介質(zhì)板底部的金屬地板，所述金屬地板的每一側(cè)邊至少設(shè)有一個E字形縫隙，且每一側(cè)邊上的E字形縫隙位于兩個超材料天線單元之間，所述第一連接部連接饋電端，所述第二連接部與金屬地板連接，所述第三開口環(huán)的右側(cè)與金屬地板連接。

采用上述技術(shù)方案，通過將天線本體設(shè)于第二開口環(huán)內(nèi)，構(gòu)成新型超材料的互補(bǔ)開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，可以獲得較寬的阻抗帶寬和軸比帶寬，第二開口環(huán)尺寸采用大于第三開口環(huán)尺寸的設(shè)計(jì)，具有多頻諧振性質(zhì)，可以使多頻帶可融合成一個寬頻帶，最終實(shí)現(xiàn)寬帶圓極化，通過E字形縫隙構(gòu)成缺陷地結(jié)構(gòu)，可以大大降低超材料天線單元之間的耦合電流，提高4個超材料天線單元之間的隔離度，提升超材料天線單元的輻射性能，與現(xiàn)有的移動終端天線系統(tǒng)相比，解決了現(xiàn)有MIMO天線存在的軸比帶寬窄及隔離度難的問題，另外，天線總體尺寸小，適合現(xiàn)代的小型化設(shè)計(jì)需求。

為了更好的解決上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明還具有更佳的技術(shù)方案：

在一些實(shí)施方式中，所述金屬地板上設(shè)有數(shù)量與所述超材料天線單元數(shù)量相同的地板槽，且所述地板槽與超材料天線單元上下一一對應(yīng)設(shè)置。

地板槽是金屬地板上的通框與介質(zhì)板底面形成的槽，通過在金屬地板上設(shè)置地板槽，形成底板縫隙，可以實(shí)現(xiàn)較好的阻抗匹配。

在一些實(shí)施方式中，所述介質(zhì)基板呈矩形狀，四個所述超材料天線單元設(shè)于所述介質(zhì)基板頂部的四個角上，且相鄰超材料天線單元之間正交設(shè)置。

通過將4個超材料天線單元正交設(shè)置，可降低個單元間的耦合，提升輻射性能。