[发明专利]一种基于印刷电路板的小尺寸宽带宽的四单元MIMO天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及一种基于印刷电路板的小尺寸宽带宽的四单元MIMO天线。

背景技术

近年来，无线接入技术取得了快速发展，丰富的网络资源对无线接入技术的带宽提出了新的要求。由于频谱规划的限制和富多径接入环境的广泛存在，如何在现有的频率资源和时间资源下提高信道的容量，成为了研究的热点。在这一背景下，MIMO技术应运而生，它在现有的频域和时域资源之上提出了利用空域资源的概念，利用发射接收端的多个发送接收天线，在空间中，尤其是富多径环境中，形成多个有效传输信道，从而在不占用额外的频域和时域资源的前提下，成倍的提高无线通信的速率。得益于其优异的性能，MIMO技术在3G、4G等无线通讯技术中已广泛部署，而许多新兴的无线接入技术，如802.11标准和WiMax标准等，也已经把MIMO技术列入其中。

考虑到MIMO系统的有效性很大程度取决于空间中的无线信道特征，MIMO天线的设计对MIMO系统的性能起着至关重要的作用。MIMO天线的评价标准主要包括MIMO天线的尺寸、单元个数，带宽、互耦、增益、方向图特性等。传统的MIMO天线多应运于无线通信基站等环境，其物理尺寸不受限，因此，可以采用多种方式来拓展带宽，增加增益，减小天线单元间互耦，提高MIMO天线的性能。然而，随着MIMO技术逐步应用于802.11和WiMax无线终端上，其小型化，宽带化的趋势，对MIMO天线的设计提出了更高的要求。一方面，人们希望能在这些终端中使用更多的天线单元，以提高系统的分集增益，另一方面，人们又希望在有限的设备体积内，获得更宽的带宽和更低的信道相关性，以提高MIMO系统的性能。考虑到这些特性在天线设计中相互制约，此消彼长，如何在低互耦，辐射方向图低相关的前提下，实现天线的小型化，宽带化，成为了MIMO系统设计和天线设计领域的一项新的挑战。

为了在有限的空间中安排下更多的天线单元，天线辐射单元的尺寸必须要进行小型化，常规的技术包括使用高电介质常数的材料作为基材，或是对天线单元使用折叠线，弯折线等手段。然而前者制作工艺流程复杂，成本较高不利于普及，而后者会对天线增益和效率带来损失，同时会对天线单元的带宽产生负面作用。在带宽拓展方面，常见的实现方式有合并谐振模式，引入超材料，以及采用超宽带单元等。然而，这些方式一般需要与波长相比拟的尺寸来实现，在小型多辐射单元的MIMO天线中应用较为困难。值得注意的是，MIMO系统的性能与天线辐射单元间的耦合密切相关，MIMO天线小型化和宽带化会进一步提高天线辐射单元间的耦合。传统的解耦方式，如采用解耦网络，或引入扼流分支、扼流槽的方式，往往是针对点频进行处理，在宽带宽下难以应用。而如果采用具有正交模式的单元作为天线的辐射单元，如槽天线与单极子天线的组合，虽然可以获得较理想的互耦特性，但会造成天线的辐射特性不一致，方向图和增益特性不理想。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于印刷电路板的小尺寸宽带宽的四单元MIMO天线，该天线为方型结构，采用了具有宽带辐射特性的双臂共地型的偶极子作为辐射单元，四个辐射单元呈90度旋转对称式的排列在印刷电路板上，并由微带线进行馈电，由于四个辐射单元为共地设计，在小尺寸下，实现了低频的良好匹配，同时，双臂共地型偶极子的设计有效的避免了不平衡（微带线）到平衡（偶极子）中所需的转换，进一步减小了天线所需的尺寸。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于印刷电路板的小尺寸宽带宽的四单元MIMO天线，包括：

基板1，为双面印刷电路板；

刻在基板1反面12中心部分的圆片状的金属地5；

刻在基板1反面12且连接在金属地5上的旋转对称的四个双臂共地型的偶极子单元2；

刻在基板1反面12且连接在金属地5上的旋转对称的四个齿形地支结构3，每个偶极子单元2与每个齿形地支结构3间隔分布；

刻在基板1金属材质的正面11上的四条微带型馈电线4，微带型馈电线4与偶极子单元2在垂直方向上相对应，且基板1上开有用于连接二者的四排通孔6，同时在基板1的中心部位开有用于连接微带型馈电线4与外围馈电线缆的四个馈电通孔7，以使得当射频信号通过馈电通孔7馈入微带型馈电线4后，沿微带型馈电线4跨过偶极子单元2的双臂间的缝隙到达通孔6，并在偶极子单元2的双臂上激励起辐射电流，形成辐射。