一種H形縫隙結構的雙極化天線的製作方法
2023-06-12 08:01:21 1
本發明涉及雙極化MIMO天線，尤其是涉及一種H形縫隙結構的雙極化天線。
背景技術：
現代無線通信系統需要實現更高的傳輸速率、更大的信道容量和更佳的頻譜利用效率，由於頻譜資源的限制，提高頻譜利用率成為緩解矛盾的重要途徑。MIMO技術可以提供空間復用增益和分集增益[Frattasi S,Fathi H,Fitzek F H P,et al.Defining 4G technology from the users perspective[J].Network,IEEE,2006,20(1):35-41.]，是現代無線通信的重要研究課題。多天線設計是MIMO系統的關鍵技術，多極化天線利用電磁波極化正交的特點，可以在一個天線單元上實現多個發射或接收路徑，在通信基站和終端設備中已經得到廣泛應用。
目前已有多種可應用於MIMO系統的雙極化天線，如文獻[Liu Y,Xue J,Cao Y,et al.A compact omnidirectional dual-polarized antenna for 2.4-GHz WLAN applications with highly isolated orthogonal slots[J].Progress In Electromagnetics Research C,2013,43:135-149.]中的立體結構側壁的兩個正交縫隙產生垂直和水平極化方向波，彎折的水平縫隙產生垂直極化，具有兩個開路端的垂直縫隙產生水平極化，在工作頻帶內的隔離度大於35dB。文獻[Li Y,Zhang Z,Chen W,et al.A dual-polarization slot antenna using a compact CPW feeding structure[J].Antennas and Wireless Propagation Letters,IEEE,2010,9:191-194.]利用共面波導饋電的單極天線和波導縫隙實現雙極化特性，埠間隔離度達到20dB。
但上述相關的雙極化天線要麼採用立體結構，要麼採用分立的輻射元，天線尺寸較大，結構較為複雜。而且，採用平面結構時，天線埠間的隔離度又受到影響。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種結構簡單，在工作頻帶內，埠間的隔離度大於25dB，主輻射方向交叉極化比大於20dB；可應用於WLAN頻段的MIMO系統中的H形縫隙結構的雙極化天線。
本發明包括介質基板，介質基板上表面塗覆有金屬層，該上表面金屬層設有H形縫隙和共面波導饋電傳輸線貼片，共面波導饋電傳輸線貼片的側方設有共面波導饋電傳輸線縫隙，介質基板下表面塗覆有兩條長條金屬層，其中一條長條金屬層與上表面的金屬層相連，另一條長條金屬層為饋電微帶線，饋電微帶線的中線與H形縫隙的中線及介質基板的中線重合。
進一步：
所述介質基板為長方形結構，長度為104～112mm，寬度為78～82mm，厚度為1.4～1.6mm，相對介電常數為2.0～2.4，損耗角正切值不大於0.001。
所述H形縫隙的垂直縫隙長度為44～48mm，寬度為3.6～4.4mm，水平縫隙的長度為24～26mm，寬度為11～13mm。所述共面波導饋電傳輸線縫隙長度為32～36mm，寬度為0.4～0.6mm；所述共面波導饋電傳輸線貼片寬度為2.2～2.6mm；所述金屬條長度為34～38mm，寬度為1.8～2.2mm。
與現有技術比較，本發明具有以下突出的優點和顯著的效果：
本發明採用平面基板，在保證高埠隔離度情形下實現了輻射元共置的雙極化結構。本發明為採用共面波導饋電和微帶線饋電結合的縫隙天線。共面波導饋電與微帶線饋電結合實現雙極化特性，在工作頻帶內，埠間的隔離度大於25dB，主輻射方向交叉極化比大於20dB。本發明可應用於WLAN頻段的MIMO系統中。
附圖說明
圖1為本發明實施例的介質基板上表面的俯視結構示意圖。
圖2為本發明實施例的介質基板下表面的俯視結構示意圖。
圖3為本發明實施例的天線兩個埠回波損耗的曲線圖。圖3中，曲線a1是天線回波損耗S11曲線；曲線b1是天線回波損耗S22曲線。
圖4為本發明實施例的天線埠間隔離度的曲線圖。圖4中，曲線a2是天線埠間隔離度S12曲線；曲線b2是天線埠間隔離度S21曲線。
圖5為本發明實施例的第一埠激勵時天線E面方向圖。圖5中，曲線a3是激勵時E面主極化方向圖；曲線b3是激勵時E面交叉極化方向圖。
圖6為本發明實施例的第一埠激勵時天線H面方向圖。圖6中，曲線a4是激勵時H面主極化方向圖；曲線b4是激勵時H面交叉極化方向圖。
圖7為本發明實施例的第二埠激勵時天線E面方向圖。圖7中，曲線a5是激勵時E面主極化方向圖；曲線b5是激勵時E面交叉極化方向圖。
圖8為本發明實施例的第二埠激勵時天線H面方向圖。圖8中，曲線a6是激勵時H面主極化方向圖；曲線b6是激勵時H面交叉極化方向圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。
參見圖1和2，本發明實施例包括介質基板1，介質基板1上表面塗覆有金屬層，該上表面金屬層設有H形縫隙(由垂直縫隙2與水平縫隙3組成)和共面波導饋電傳輸線貼片5(矩形)，共面波導饋電傳輸線貼片5的側方設有共面波導饋電傳輸線縫隙4，介質基板1下表面塗覆有兩條長條金屬層6，其中一條長條金屬層6與介質基板1上表面的金屬層在介質基板1端側相連，與埠8相對應的另一條長條金屬層6為饋電微帶線，它的中線與H形縫隙的中線及介質基板1的中線重合。所述長條形金屬層6的縱向中線與介質基板1中線重合。
埠7作為共面波導饋電埠。埠8作為微帶線饋電埠。
所述介質基板1為長方形結構，長度L為108mm(可為104～112mm)，寬度W為80mm(可為78～82mm)，厚度H為1.5mm(可為1.4～1.6mm)，相對介電常數為2.0～2.4，損耗角正切值不大於0.001。所述H形縫隙的垂直縫隙2的長度L1為46mm(可為44～48mm)，寬度W1為4.0mm(可為3.6～4.4mm)，水平縫隙3的長度L2為26mm(可為24～26mm)，寬度W2為12mm(可為11～13mm)。所述的共面波導饋電傳輸線縫隙4的長度L3為34mm(可為32～36mm)，寬度W3為0.5mm(可為0.4～0.6mm)；共面波導饋電傳輸線貼片5的寬度為2.4mm(可為2.2～2.6mm)。所述金屬條6的長度L5為36mm(可為34～38mm)，寬度W5為2.0mm(可為1.8～2.2mm)。
參見圖3，為天線2個埠回波損耗頻率曲線圖。由曲線可見，饋電埠7的-10dB回波損耗帶寬範圍為2.16～2.68GHz，饋電埠8的-10dB回波損耗帶寬範圍為2.30～2.70GHz。
參見圖4，為天線埠間隔離度的曲線圖。在工作頻帶2.40～2.484GHz內，埠1和2之間的隔離度大於25dB。
參見圖5～8，為天線2個埠分別激勵時的方向圖。圖5為饋電埠7激勵時天線的E面方向圖，圖6為饋電埠7激勵時天線的H面方向圖，圖7為饋電埠8激勵時天線的E面方向圖，圖8為饋電埠8激勵時天線的H面方向圖。饋電埠7激勵時天線的主極化是垂直極化，饋電埠8激勵時天線的主極化是水平極化。在主輻射方向天線的交叉極化比大於20dB。