一種利用共面波導饋電的四元UWB‑MIMO天線的製作方法
2023-04-23 00:55:31
本發明涉及UWO-MIMO天線，尤其是涉及一種利用共面波導饋電的四元UWO-MIMO天線。
背景技術：
共面波導(CPW，Coplanar wave-guide)是一種與地板共面的傳輸線，CPW與傳統微帶線相比，有以下幾個優點：第一，由於只有一層敷銅的介質基板，在加工製造方面相對容易；第二，饋電不需要在介質基板上過孔或繞線；第三，容易控制其特徵阻抗，其主要由信號傳輸線的寬度和開槽的寬度之間比值所決定，可以根據特定的特徵阻抗下，調整相應的尺寸大小，更利於有源或無源器件的小型化集成。
提高窄帶MIMO天線的隔離度方法有很多，但對於UWB-MIMO卻難有很好的方法。在天線的基板背面引入類似多模諧振器枝節是一種新的增強隔離度的方法，該方法既能達到提高隔離度的效果，同時減小了對輻射效率的影響，能夠在多個頻段或者整個超寬帶工作頻段內有效的整體提高其隔離度。
近年來，UWB-MIMO天線的研究與設計開始考慮其陷波特性，以避免與其它無線通信系統的幹擾，從而更好的應用於UWB無線通信系統。文獻(Srivastava G,Dwari S,Kanuijia B K.A compact 4×4 ultrawideband(UWB)band notched MIMO antenna[C]//Microwave and RF Conference(IMaRC),2014 IEEE International.IEEE,2014:198-200.)報導了一種4×4的超寬帶MIMO天線，該天線輻射單元與饋線成90度彎曲，通過在輻射貼片上開1/2波長的開口諧振環實現WLAN頻段範圍的阻帶效果。由於天線單元間距比較大，同時對相連的地板切去矩形塊，使得天線單元間相互耦合度減小，提高了各埠間隔離度。最終該天線仿真結果工作帶寬達2～11.8GHz，陷波頻段範圍4.7～5.9GHz，各埠間隔離度在-20dB以下。文獻(Mao C X,Chu Q X.Compact coradiator UWB-MIMO antenna with dual polarization[J].Antennas and Propagation,IEEE Transactions on,2014,62(9):4474-4480.)報導了一款四單元的超寬帶MIMO天線，該天線兩個天線單元共用一個五邊形的輻射貼片，為了避免埠間電流相互影響，在五邊形貼片上切去一個T形槽，同時在其背面地板上加載一個箭頭形狀的金屬枝節，與T形槽構成諧振器的效果，這樣阻止了貼片上大部分電流流向另一埠，從而滿足了MIMO系統對天線的隔離度要求。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種利用共面波導饋電的四元UWB-MIMO天線。
本發明設有介質基板，所述介質基板為正方形介質基板，在介質基板上表面設有4個天線單元，所述4個天線單元在介質基板上表面呈旋轉對稱排布，所述天線單元由金屬輻射貼片和共面波導(CPW)金屬饋線組成，所述共面波導(CPW)金屬饋線與金屬輻射貼片的下端連接，所述金屬輻射貼片為倒置正五邊形結構，金屬輻射貼片的中心位置設有腐蝕的倒凸形槽狀開口諧振器，所述介質基板的下表面設有4根階梯阻抗諧振枝節；所述共面波導(CPW)金屬饋線的饋線兩邊是與饋線有對應漸進結構的等腰梯形狀的金屬地板。
所述介質基板可採用雙面覆銅箔的微波介質基板，優選Rogers RT/duroid 5880(tm)介質基板，所述介質基板的介電常數可為2.2，損耗正切角可為0.0009，尺寸可為50mm×50mm×1mm。
所述倒置正五邊形結構的金屬輻射貼片，作為天線的輻射單元。
所述共面波導(CPW)金屬饋線可採用梯形漸進結構的共面波導(CPW)金屬饋線。
所述金屬輻射貼片的中心位置有腐蝕的倒凸形槽狀開口諧振器。
所述4根階梯阻抗諧振枝節以旋轉對稱方式排布。
與現有技術相比較，本發明具有以下突出優點和顯著技術效果：天線工作頻段為2.12～11.6GHz，各埠隔離度達-24.5dB以下，能夠同時很好的滿足UWB和MIMO通信的需求。此外天線在5.25～5.62GHz頻段內產生很好的陷波特性，有效的避免了IEEE802.11a標準規定的5.25～5.35GHz的WLAN通信頻段的幹擾。
附圖說明
圖1是本發明實施例的正面結構圖。
圖2是本發明實施例的正面局部放大圖(1)。
圖3是本發明實施例的正面局部放大圖(2)。
圖4是本發明實施例的背面結構圖。
圖5是本發明實施例的天線回波損耗曲線圖。
圖6是本發明實施例的4個天線埠間隔離度曲線圖。
圖7是本發明實施例的第1天線埠在4GHz激勵時的極化方向圖。
圖8是本發明實施例的第1天線埠在6GHz激勵時的極化方向圖。
圖9是本發明實施例的第1天線埠在8GHz激勵時的極化方向圖。
圖10是本發明實施例的第1天線埠在10GHz激勵時的極化方向圖。
圖11是本發明實施例的第2天線埠在4GHz激勵時的極化方向圖。
圖12是本發明實施例的第2天線埠在6GHz激勵時的極化方向圖。
圖13是本發明實施例的第2天線埠在8GHz激勵時的極化方向圖。
圖14是本發明實施例的第2天線埠在10GHz激勵時的極化方向圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
參見圖1～4，本發明實施例設有介質基板1，所述介質基板1為正方形介質基板，在介質基板1上表面設有4個天線單元，所述4個天線單元在介質基板1上表面呈旋轉對稱排布，所述天線單元由金屬輻射貼片21和共面波導(CPW)金屬饋線22組成，所述共面波導(CPW)金屬饋線22與金屬輻射貼片21的下端連接，所述金屬輻射貼片21為倒置正五邊形結構，金屬輻射貼片21的中心位置設有腐蝕的倒凸形槽狀開口諧振器，所述介質基板1的下表面設有4根階梯阻抗諧振枝節。
所述介質基板1可採用雙面覆銅箔的微波介質基板，優選Rogers RT/duroid 5880(tm)介質基板，所述介質基板1的介電常數為2.2，損耗正切角為0.0009，尺寸為50mm×50mm×1mm。
所述倒置正五邊形結構的金屬輻射貼片，作為天線的輻射單元。
所述共面波導(CPW)金屬饋線22採用梯形漸進結構的共面波導金屬饋線，所述共面波導(CPW)金屬饋線22的饋線兩邊是與饋線有對應漸進結構的等腰梯形金屬地板。
所述金屬輻射貼片的中心位置有腐蝕的倒凸形槽狀開口諧振器。
所述4根階梯阻抗諧振枝節以旋轉對稱方式排布。
所述倒置正五邊形結構的中心至正五邊形頂點的距離R＝7mm±1mm，金屬輻射貼片21的頂點與等腰梯形金屬地板的距離為S＝0.3mm±0.1mm。共面波導(CPW)金屬饋線22的上底寬度為We＝0.824mm±0.1mm，下底寬度為W＝2mm±0.3mm，與等腰梯形金屬地板的距離為g＝0.2mm±0.05mm。等腰梯形金屬地板的下底寬度為Wg＝24±2mm，高為Lg＝9.5mm±1mm，上底邊沿與下底邊沿的水平距離為Wc＝3.5mm±0.5mm。倒凸形槽狀開口諧振器的下邊寬度為d1＝3.0mm±1mm，倒凸形槽狀開口諧振器上邊寬度為d2＝5.4mm±1mm，倒凸形槽狀開口諧振器兩個埠的距離為d3＝1.0mm±0.3mm，倒凸形槽狀開口諧振器的下邊長度為L1＝1.9mm±0.5mm，倒凸形槽狀開口諧振器的上邊長度為L2＝3.6mm±1mm，折線段長度為L3＝1.3mm±0.5mm。
階梯阻抗諧振枝節的短枝節長度為Ls1＝5.0mm±1mm，寬度為Ws1＝2.0mm±0.5mm。階梯阻抗諧振枝節的長枝節長度為Ls2＝12.75mm±2mm，寬度為Ws2＝1.0mm±0.5mm。
在圖1～3中，標記Port1、Port2、Port3和Port4分別表示第1天線埠、第2天線埠、第3天線埠和第4天線埠。
參見圖5，其中曲線a是S11的曲線圖，曲線b是S22的曲線圖，曲線c是S33的曲線圖，曲線d是S44的曲線圖。由於天線結構的對稱性，天線兩個埠的回波損耗曲線理論上是相同的。由仿真曲線可見，-10dB回波損耗帶寬範圍是2.12～11.6GHz。
參見圖6，其中a是S12曲線圖，b是S13曲線圖，c是S14曲線圖，d是S23曲線圖，e是S24曲線圖，f是S34曲線圖。在所測頻段，4個天線埠之間隔離度均在-24.5dB以下，同時4個天線埠均在5.25～5.62GHz頻段內具有很好的陷波特性，很好地避免了IEEE802.11a標準規定的5.25～5.35GHz的WLAN通信頻段。
參見圖7，其中a1是E面主極化方向圖，b1是E面交叉極化方向圖，c1是H面主極化方向圖，d1是H面交叉極化方向圖。
參見圖8，其中a2是E面主極化方向圖，b2是E面交叉極化方向圖，c2是H面主極化方向圖，d2是H面交叉極化方向圖。
參見圖9，其中a3是E面主極化方向圖，b3是E面交叉極化方向圖，c3是H面主極化方向圖，d3是H面交叉極化方向圖。
參見圖10，其中a4是E面主極化方向圖，b4是E面交叉極化方向圖，c4是H面主極化方向圖，d4是H面交叉極化方向圖。
參見圖11，其中a5是E面主極化方向圖，b5是E面交叉極化方向圖，c5是H面主極化方向圖，d5是H面交叉極化方向圖。
參見圖12，其中a6是E面主極化方向圖，b6是E面交叉極化方向圖，c6是H面主極化方向圖，d6是H面交叉極化方向圖。
參見圖13，其中a7是E面主極化方向圖，b7是E面交叉極化方向圖，c7是H面主極化方向圖，d7是H面交叉極化方向圖。
參見圖14，其中a8是E面主極化方向圖，b8是E面交叉極化方向圖，c8是H面主極化方向圖，d8是H面交叉極化方向圖。