本實用新型涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超寬帶平面單極子天線陣列、通信器件和終端設(shè)備。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)要求更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更大的信道容量和更寬的通信頻帶。超寬帶(Ultra Wideband，簡稱UWB)技術(shù)因其獨有的特性被廣泛地應(yīng)用在各種無線設(shè)備中，擴展的帶寬實現(xiàn)了高數(shù)據(jù)率的傳輸，多徑傳播固有的魯棒性保證了高可靠性。

隨著UWB技術(shù)在多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，簡稱MIMO)天線系統(tǒng)中的應(yīng)用增多，UWB MIMO天線在學術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域都吸引了極大的關(guān)注。超寬帶和高隔離度是UWB MIMO天線系統(tǒng)的首要目標，現(xiàn)有技術(shù)中利用不同技術(shù)來實現(xiàn)擴展帶寬和減少互耦的UWB MIMO天線設(shè)計。

一種減少UWB MIMO天線陣元之間的互耦，提高天線陣元間的隔離度的方式是：在超寬帶平面單極子天線陣列的接地面(或稱接地板)上加載Y型和T型結(jié)構(gòu)以降低天線陣元間的互耦，除了改變接地板的結(jié)構(gòu)外，還可以通過垂直排布天線陣元獲得正交的天線極化，從而使天線陣元間的互耦保持較低的水平。但是，這種實現(xiàn)方式使得UWB MIMO天線陣列的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸增加較多、輻射性能改變、去耦結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

因此，如何在保證天線輻射性能、結(jié)構(gòu)簡便、尺寸不增加的情況下，簡便地提高UWB MIMO天線陣列的天線陣元間的隔離度、擴展天線帶寬是亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型實施例提供了一種超寬帶平面單極子天線陣列、通信器件和終端設(shè)備，用以簡便地提高天線陣列的隔離度、擴展天線帶寬。

一方面，本實用新型實施例提供了一種超寬帶平面單極子天線陣列，包括：

介質(zhì)基板、中和線，沿所述介質(zhì)基板的第一中心線對稱印刷在所述介質(zhì)基板下表面的第一接地板和第二接地板，沿所述介質(zhì)基板的第一中心線對稱印刷在所述介質(zhì)基板上表面的第一平面單極子天線的輻射貼片及微帶饋線，和第二平面單極子天線的輻射貼片及微帶饋線；

所述第一接地板和所述第二接地板的特定邊具有對稱的凹部，所述特定邊為靠近所述介質(zhì)基板的第一中心線的邊，所述對稱的凹部對稱于所述介質(zhì)基板的第二中心線，所述第二中心線垂直于所述第一中心線；

所述中和線的兩端分別連接在所述第一平面單極子天線的輻射貼片上和所述第二平面單極子天線的輻射貼片上。

可選地，所述中和線在所述第一平面單極子天線的輻射貼片上的連接位置相距所述介質(zhì)基板的第一中心線的距離，與所述中和線在所述第二平面單極子天線的輻射貼片上的連接位置相距所述介質(zhì)基板的第一中心線的距離相等。

可選地，所述第一平面單極子天線的輻射貼片和所述第二平面單極子天線的輻射貼片均為圓環(huán)形輻射貼片。

可選地，所述第一接地板和所述第二接地板均為具有兩個缺角的矩形接地板，所述兩個缺角對稱于所述介質(zhì)基板的第二中心線。

可選地，所述缺角包括如下的形狀中的任一種：三角形、正方形、長方形。

可選地，所述中和線的形狀包括：折線或曲線。

可選地，所述中和線呈“弓”字形。

另一方面，本實用新型實施例還提供一種通信器件，包括：

無線收發(fā)器，以及如上任一項所述的超寬帶平面單極子天線陣列，所述無線收發(fā)器與所述超寬帶平面單極子天線陣列連接。

再一方面，本實用新型實施例還提供一種終端設(shè)備，包括：

處理器、存儲器、以及如上所述的通信器件，所述處理器、所述存儲器和所述通信器件通過總線連接。

上述技術(shù)方案中的一個技術(shù)方案具有如下有益效果：將中和線加載到UWB平面單極子天線陣元上，可以有效降低天線陣列在整個UWB頻段的互耦，提高天線陣元間的隔離度，并且該去耦結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)，不會對天線陣列的結(jié)構(gòu)和尺寸造成影響，天線陣列保持穩(wěn)定的輻射性能；設(shè)計在天線陣元的接地板靠近介質(zhì)基板中心線的邊具有凹凸形狀，可以增加表面的電流路徑，從而擴展天線陣列的帶寬。

【附圖說明】

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本實用新型實施例所提供的超寬帶平面單極子天線陣列的結(jié)構(gòu)的正視圖；

圖2是本實用新型實施例所提供的超寬帶平面單極子天線陣列在加中和線前后的S參數(shù)對比圖；

圖3(a)是本實用新型實施例所提供的超寬帶平面單極子天線陣列在3.5GHz的E平面(yz平面)和H平面(xz平面)的輻射方向圖；

圖3(b)是本實用新型實施例所提供的超寬帶平面單極子天線陣列在5.5GHz的E平面(yz平面)和H平面(xz平面)的輻射方向圖；

圖3(c)是本實用新型實施例所提供的超寬帶平面單極子天線陣列在7.5GHz的E平面(yz平面)和H平面(xz平面)的輻射方向圖；

圖3(d)是本實用新型實施例所提供的超寬帶平面單極子天線陣列在10.5GHz的E平面(yz平面)和H平面(xz平面)的輻射方向圖；

圖4是本實用新型實施例所提供的通信器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型實施例所提供的終端設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】

為了更好的理解本實用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本實用新型實施例進行詳細描述。

應(yīng)當明確，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本實用新型實施例中使用的術(shù)語是僅僅出于描述特定實施例的目的，而非旨在限制本實用新型。在本實用新型實施例和所附權(quán)利要求書中所使用的單數(shù)形式的“一種”、“所述”和“該”也旨在包括多數(shù)形式，除非上下文清楚地表示其他含義。

實施例一

本實用新型實施例提供一種超寬帶平面單極子天線陣列，參考圖1所示，該天線陣列包括：

介質(zhì)基板11、中和線12，沿介質(zhì)基板11的第一中心線對稱印刷在介質(zhì)基板11下表面的第一接地板13和第二接地板14，沿介質(zhì)基板11的第一中心線對稱印刷在介質(zhì)基板11上表面的第一平面單極子天線的輻射貼片15及微帶饋線16，和第二平面單極子天線的輻射貼片17及微帶饋線18。

可選地，天線陣列的介質(zhì)基板11為相對介電常數(shù)為4.4，厚度為1.6mm的FR4材料，其損耗角正切為0.02，尺寸為W＝40mm，L＝80mm。

從圖1中可以看出，本實施例中，第一接地板13與第一平面單極子天線的輻射貼片15及微帶饋線16對應(yīng)，第二接地板14與第二平面單極子天線的輻射貼片17及微帶饋線18對應(yīng)。

并且，第一平面單極子天線的輻射貼片15及微帶饋線16與第二平面單極子天線的輻射貼片17及微帶饋線18相對于介質(zhì)基板11的第一中心線左右對稱分布。第一接地板13和第二接地板14相對于介質(zhì)基板11的第一中心線也是左右對稱分布。

可選地，第一平面單極子天線的輻射貼片15和第二平面單極子天線的輻射貼片17均為圓環(huán)形輻射貼片。

另外，本實施例中，第一接地板13和第二接地板14的特定邊具有對稱的凹部19，該特定邊為靠近介質(zhì)基板11的第一中心線的邊，對稱的凹部19對稱于介質(zhì)基板的第二中心線，第二中心線垂直于第一中心線。

實際應(yīng)用中，上述凹部19的形狀可以是多種的，比如可以是弧形的?？蛇x地，該凹部可以實現(xiàn)為：第一接地板13和第二接地板14均為具有兩個缺角的矩形接地板，該兩個缺角對稱于介質(zhì)基板的第二中心線?？蛇x地，該缺角包括如下的形狀中的任一種：三角形、正方形、長方形。

本實施例中，通過上述的天線設(shè)計可知，包含由輻射貼片、微帶饋線等部件構(gòu)成的兩個天線陣元，相應(yīng)的，也有兩塊對稱的接地板。一般來說，每個天線陣元的接地板可以實現(xiàn)為矩形設(shè)計，而本實施例中，針對每個天線陣元，在其靠近對應(yīng)的輻射貼片一側(cè)的兩個角分別切去一塊，比如如圖1中所示的一個三角形。為了保持地面結(jié)構(gòu)的對稱性，一般要切去2個缺角，因此，對于包含兩個接地板的天線陣列來說，總共切去4個三角形。對兩個接地板進行上述“切邊”處理的目的是增加表面電流路徑，擴展天線的帶寬。

另外，本實施例中，為增加天線陣元間的隔離度，降低天線陣元的互耦，采用了中和線的設(shè)計。具體來說，中和線12的兩端分別連接在第一平面單極子天線的輻射貼片15上和第二平面單極子天線的輻射貼片17上。

可選地，中和線12在上述兩個輻射貼片上的連接位置相對于介質(zhì)基板11的第一中心線對稱。即中和線12在第一平面單極子天線的輻射貼片15上的連接位置相距介質(zhì)基板11的第一中心線的距離，與中和線12在第二平面單極子天線的輻射貼片17上的連接位置相距介質(zhì)基板11的第一中心線的距離相等。

實際應(yīng)用中，可以根據(jù)中和線12的形狀來設(shè)定中和線12的長度，可選地，中和線12的形狀包括：折線或曲線。比如，中和線12呈“弓”字形。

將中和線加載在天線陣列上，能夠提供額外的電流耦合路徑，可以抵消天線陣列的介質(zhì)基板上的表面波，從而降低天線陣元間的耦合強度，提高天線陣元間的隔離度。

本實用新型實施例中，利用電磁仿真軟件進行仿真優(yōu)化，可以得到當天線陣列的介質(zhì)基板為相對介電常數(shù)為4.4，厚度為1.6mm的FR4材料，其損耗角正切為0.02。天線陣列的尺寸為L₁＝19.8mm,L₂＝14mm,L₃＝21.4mm,W₁＝8.5mm,R₁＝7.6mm,R₂＝2.5mm,w₂＝3mm時，天線陣列的阻抗帶寬為3.1～12GHz，覆蓋了UWB頻帶的寬度。此時，天線的總尺寸(W×L)只有40×80mm²。

另外，通過對增加上述中和線前后天線陣列的性能的測試表明：天線陣列的S參數(shù)有明顯降低，輻射方向圖基本保持一致。

另外，通過對中和線進行優(yōu)化，可以使得天線陣列的隔離度大大提高，如圖1所示，優(yōu)化后的中和線的尺寸參數(shù)為：d₁＝5.5mm,d₂＝7mm,h＝11.5mm,w₁＝0.5mm。

為了驗證增加中和線后天線陣列的性能，可以測試在設(shè)置中和線前后，天線陣列的S參數(shù)和輻射方向圖。如圖2所示，天線陣在加載中和線前后S參數(shù)的對比如圖2所示，圖中顯示傳輸系數(shù)S₁₂在天線的工作頻段內(nèi)有明顯的降低，天線陣元間的互耦保持在很低的水平。當一個天線陣元被激勵而另一個天線陣元端口接50Ω的匹配負載時，天線陣列在3.5、5.5、7.5和10.5GHz的E平面(yz平面)和H平面(xz平面)輻射方向圖如圖3(a)～3(d)所示，在整個工作頻帶內(nèi)，天線陣列的輻射方向圖在加載中和線前后基本保持一致。

因此，本實施例提供的UWB平面單極子天線陣列，將中和線加載到UWB平面單極子天線陣元上，可以有效降低天線陣列在整個UWB頻段的互耦，提高天線陣元間的隔離度，并且該去耦結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)，不會對天線陣列的結(jié)構(gòu)和尺寸造成影響，天線陣列保持穩(wěn)定的輻射性能。設(shè)計在天線陣元的接地板靠近介質(zhì)基板中心線的邊具有凹凸形狀，可以增加表面的電流路徑，從而擴展天線陣列的帶寬。

實施例二

本實用新型實施例提供一種通信器件，如圖4所示，該通信器件包括：

無線收發(fā)器41，以及如上述實施例所述的天線陣列42，該無線收發(fā)器41與天線陣列42連接。

實施例三

本實用新型實施例提供一種終端設(shè)備，如圖5所示，該終端設(shè)備包括：

處理器51、存儲器52、以及如上所述的通信器件53，處理器51、存儲器52和通信器件53通過總線54連接。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型保護的范圍之內(nèi)。