一種基于矩形槽中和線的MIMO天線的制作方法

本發明涉及一種用于無線通信領域的MIMO天線，具體涉及到一種基于矩形槽中和線的MIMO天線。

背景技術：

傳統的無線通信系統是由一個發射天線和一個接收天線組成的單輸入單輸出(SISO:Single-Input Single-Output)通信系統。由香農定理的信道容量計算公式可以得知，SISO系統在有噪聲的信道中進行可靠通信有一個上限容量。不管采用哪種調制技術、編碼類型或者其他方式進行通信傳輸,只能接近但無法超越香農定理的極限值。然而,隨著移動通信技術的迅速發展,消費者對無線通信服務的質量和業務的要求越來越高,稀缺的頻譜資源已經成為通信發展的一個瓶頸,而MIMO(Multiple-Input Multiple-Output),多輸入多輸出)技術能夠在不提高發射功率和增加帶寬的前提下,利用多個發射天線和接收天線組成的收發系統來減少信道衰落,并成倍地提高頻率利用率和系統容量。

隨著用戶日漸增長的需求，移動通信的傳輸也逐漸需要變得更可靠、更高效和更高速。但是目前移動通信系統可利用的頻率資源已經變得十分有限和珍貴，因此不能再通過過多的頻譜來增加系統的信道容量和可靠性。MIMO技術作為4G通信中的關鍵技術之一，在信號傳輸過程中，可以在不犧牲額外的頻譜資源的基礎上成倍地提高通信系統的信道容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率等。

一個MIMO系統通常包含了空時編解碼模塊，模數/數模轉換模塊、調制/解調模塊和天線系統。其中天線系統是整個系統的最前端，天線的好壞將直接的影響整個系統性能的好壞。MIMO技術是指是在發射和接收端分別采用多個發射天線和接收天線進行空間分集的技術，它采用的是分立式多天線，能夠有效的將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高容量。通常來說,信道的多徑衰落視為危害的因素，信息論已經證明，當不同的接收天線和不同的發射天線之間互不相關時，MIMO技術對多徑效應可以加以利用，將多徑衰落信道的有害因素變為有利因素，從而提高整個MIMO系統的抗衰落和噪聲性能，因此可以獲得巨大的容量。

MIMO天線設計是MIMO通信技術的三大關鍵技術之一。受到接收機或者發射機尺寸及結構的限制，需要在有限的空間盡可能多地布置天線單元，對天線單元和天線陣列設計提出更高要求。因為天線單元的設計、陣列單元的數目、陣列結構以及排列方式等因素直接影響MIMO信道的空間相關性。如何在有限的空間里使得陣列中各天線單元具有較小的相關 性，使得MIMO信道相應矩陣接近滿秩，并取得MIMO系統最大容量是MIMO天線設計的難點。

技術實現要素：

本發明的目的在于設計一款適用于MIMO系統的緊湊高隔離的MIMO天線陣列，該天線利用中和線很好的實現了兩圓形天線單元的高度隔離，較好的減少了天線單元的互耦特性，使天線的結構更加緊湊、小型化，滿足現代MIMO系統的要求。

本發明所采用的技術方案：

一種基于矩形槽中和線的MIMO天線，其特征在于，它包括：天線陣列(1)其中包括鏡像對稱的第一天線單元(A)、第二天單元(B)，矩形介質基板(2)，50歐姆饋線(3)，,隔離中和線(4)，介于介質基板背面的金屬接地板(5),其中兩圓形天線單元位于(A、B)位于介質基板(5)的上表面，并且關于中心軸鏡像對稱；中和線(5)位于兩圓形天線的中間，并且關于中心軸鏡像對稱。

所述的一種基于矩形槽中和線的MIMO天線，其特征在于，隔離中和線的一端接第一天線單元(A)的下端，另一端接第二天線單元(B)的下端。

所述的一種基于矩形槽中和線的MIMO天線，其特征在于，兩中和中和線的相交處為一銅錢形結構(4)，內部正方形的中心和外圓圓心重合。

所述的一種基于矩形槽中和線的MIMO天線，其特征在于，金屬接地板(4)為部分接地板，接地板的高度和50歐姆饋線的高度相同。

該發明具有以下的特性和優點：

該天線結構簡單，天線單元為兩圓形的輻射單元，結構緊湊，兩天單元的間距較小，可以在不影響性能的前提下使天線更加小型化。

通過中和線可以有效的減少天線單元之間的互耦，使天線之間的隔離度達到-30dB。

可以通過改變中和線的圓形結構的半徑和正方形的邊長，改善天線之間的耦合程度，也可以通過改變內圓圓心的位置改善天的性能。

金屬接地板采用部分金屬接地板，增加了天線的帶寬。

附圖說明

圖1-1是本發明實施實例1的基本結構俯視圖；

圖1-2是本發明實施實例1的側視圖；

圖2-1是本發明實施實例1的天線陣列的基本結構；

圖2-2是本發明實施實例1的金屬接地板的基本結構；

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的描述，但本發明的保護范圍不局限于以下所述。

本發明的一個實例如圖1-1所示，一種基于矩形槽中和線的MIMO天線，它包括：天線陣列(1)其中包括鏡像對稱的第一天線單元(A)、第二天單元(B)，矩形介質基板(2)，50歐姆饋線(3)，,隔離中和線(4)，介于介質基板背面的金屬接地板(5),其中兩圓形天線單元位于(A、B)位于介質基板(5)的上表面，并且關于中心軸鏡像對稱；中和線(5)位于兩圓形天線的中間，并且關于中心軸鏡像對稱。

本發明的一個實例如圖1-1所示，介質基板(2)是相對介電常數為4.4的FR-4。該介質基板的厚度為0.8mm，寬度為W，長度為L。

如圖1-2所示，該天線的輻射單元位于介質基板的上表面，金屬接地板位于介質基板的下表面，金屬接地板的高度為H。

如圖2-1所示，天線的輻射單元為圓形的微帶線，圓的半徑為R1，兩天線單元關于軸向成鏡像對稱，天線單元之間的距離為d；50歐姆饋線的下邊緣和介質基板的下邊緣對齊，饋線的線寬為g。

如圖2-1所示，中和線的線寬為S2，與50歐姆饋線的距離為S1；中和線中間環形部分外圓的半徑為R2，內部正方形的邊長為2*R3；外圓圓心和正方形的中心重合。

如圖2-2所示，金屬接地板為矩形，其寬為h，與50歐姆饋線的長度相同。

該發明一種基于矩形槽中和線的MIMO天線，設計參數：

介質基板的選擇：相對介電常數為4.4的FR4材料，FR4材料具有電絕緣性能穩定、平整度好、表面光滑、無凹坑、厚度公差標準的特點，它的電氣性能優良，工作溫度較高，本身性能受環境影響小，是常用材料，便于制作和工業生產。介質基板上的多輻射貼片和介質基板下的金屬接地板均采用銅材料。

一般來說單極子天線的中心輻射頻率大概等于同等面積的圓柱線的輻射頻率，設計該天線的中心頻率為4.5GHz，根據圓柱線的諧振頻率計算公式可以計算得到輻射片的尺寸。

如圖1-1，圖2-1，圖2-2所示，該MIMO天線的具體尺寸為：W＝35mm，L＝33mm，R1＝5.1mm，R2＝4.5mm，R3＝2.1mm，S1＝1.3mm，S2＝1mm，h＝17mm，g＝1mm，d＝2.2mm，h2＝7.2mm,L2＝17mm。