本發(fā)明涉及毫米波天線的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種寬帶高隔離度的平面毫米波mimo天線。

背景技術(shù)：

毫米波指的是頻率在30ghz-300ghz范圍內(nèi)的電磁波，其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍為1mm-10mm。近年來(lái)，由于頻譜資源擁擠的現(xiàn)狀，以及對(duì)高速通信需求持續(xù)增長(zhǎng),毫米波領(lǐng)域已經(jīng)成為國(guó)際電磁波頻譜資源研究、開發(fā)和利用的一個(gè)極其活躍的領(lǐng)域，毫米波頻段擁有著大量連續(xù)的頻譜資源，為超高速寬帶無(wú)線通信的實(shí)現(xiàn)提供了可能。

2010年，東南大學(xué)毫米波國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出發(fā)展我國(guó)毫米波近遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)q-linkpan(這里q表示在40～50ghz的q-波段，linkpan表示既可以支持短距高速覆蓋(pan)，也可支持遠(yuǎn)距高速傳輸(link))，并于同年開展研究。2012年9月ieee802.11aj任務(wù)組(tg)正式成立。該標(biāo)準(zhǔn)主要由中國(guó)的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)推動(dòng).包括59～64ghz和43.5～47ghz兩個(gè)頻段，其中ieee802.1laj(45ghz)主要基于近程標(biāo)準(zhǔn)q—linkpan—s。2013年12月，工信部分別發(fā)布40～50ghz頻段固定業(yè)務(wù)中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線接入系統(tǒng)和移動(dòng)業(yè)務(wù)中寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)頻率使用事宜的通知。短距離高速率通信(pan)分配了5.9ghz(42.3ghz-47ghz，47.2ghz-48.4ghz)，頻段中的移動(dòng)業(yè)務(wù)規(guī)劃用于寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)，而遠(yuǎn)距離高速率通信(link)分配了3.6ghz(40.5ghz-42.3ghz，48.4ghz-50.2ghz)，頻段中的固定業(yè)務(wù)規(guī)劃用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線接入系統(tǒng)。這些表明了我國(guó)的毫米波通信技術(shù)將會(huì)在q-波段展開。

q—linkpan或ieee802.1laj(45ghz)的物理層傳輸擬采用多輸入多輸出mimo技術(shù)(即多輸入多輸出技術(shù))。該技術(shù)能在有限的頻譜資源條件下，有效地提高無(wú)線通信系統(tǒng)的容量和可靠性，也因此被廣泛地應(yīng)用到許多無(wú)線通信系統(tǒng)中。毫米波頻段在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的使用，將允許基站上裝載成百上千的天線，并能同時(shí)工作，因此這一關(guān)鍵技術(shù)也被稱為“massivemimo”。我國(guó)毫米波通信技術(shù)的發(fā)展，既給毫米波天線設(shè)計(jì)提供機(jī)遇，同時(shí)也帶來(lái)挑戰(zhàn)。同時(shí)，隨著移動(dòng)智能終端的高速發(fā)展，應(yīng)用于手機(jī)終端的毫米波天線的設(shè)計(jì)也將成為未來(lái)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

毫米波天線以及mimo天線去耦合的研究和發(fā)明已經(jīng)取得了一定的成果。隨著毫米波無(wú)線通行的快速發(fā)展，許多研究的重點(diǎn)放在如何實(shí)現(xiàn)毫米波天線的寬帶化上。在不少毫米波天線研究和發(fā)明設(shè)計(jì)中，siw(基片集成波導(dǎo))、多層pcb(印刷電路板)、ltcc(低溫炭燒陶瓷)等技術(shù)被提及和使用。由于60ghz頻段的免費(fèi)開放，相當(dāng)一部分發(fā)明的天線設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用于該頻段，而應(yīng)用在q-波段的毫米波天線的發(fā)明，則相對(duì)少很多。在mimo天線方面，小型化，寬帶化天線的研究與設(shè)計(jì)也已經(jīng)受到了重視。許多相關(guān)發(fā)明己提出多種用于提高小型mimo天線單元間的隔離度的方法。而應(yīng)用在q-波段的小型mimo天線設(shè)計(jì)的發(fā)明非常少。

amerhagras等人于2012年在ieeeantennasandpropagationsocietyinternationalsymposium發(fā)表題為“l(fā)ow-mutualcouplingantennaarrayformillimeter-wavemimoapplications”的文章，該天線工作在60ghz頻段，采用介質(zhì)諧振天線作為單元天線，蝕刻在地板上的槽縫用于“截?cái)唷北砻骐娏?，而兩天線之間的金屬帶在天線工作時(shí)相當(dāng)于一個(gè)諧振元件，這兩個(gè)措施可以減小天線單元之間的互耦。

在現(xiàn)有的毫米波天線設(shè)計(jì)中，主要考慮如何增大阻抗帶寬問題，以及考慮性能獨(dú)立可控問題，少有考慮對(duì)天線進(jìn)行mimo的設(shè)計(jì)并研究如何減小天線單元間的互耦問題，而本發(fā)明采用一種漸變的隔離結(jié)構(gòu)來(lái)減小不同天線輻射單元間的互耦。在阻抗匹配方面，還引入特殊的天線結(jié)構(gòu)引入多個(gè)諧振模式，進(jìn)而改善阻抗匹配，來(lái)達(dá)到寬阻抗帶寬的目的。實(shí)現(xiàn)了二單元mimo天線陣的寬帶寬、隔離度高、可進(jìn)行獨(dú)立可控等特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提出一種寬帶高隔離度的平面毫米波mimo天線，該天線獨(dú)立可控、結(jié)構(gòu)緊湊、特性好，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了低互耦、寬帶寬等特性，具有可控性能的終端mimo天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，適合集成到通信終端設(shè)備系統(tǒng)上。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種平面毫米波mimo天線，包括基板、激勵(lì)端口、饋電過孔、短路金屬過孔、地板菱形縫隙以及兩個(gè)不同的輻射單元，分別為第一輻射單元和第二輻射單元；所述第一輻射單元和第二輻射單元印制在基板的正面，該第一輻射單元為t形貼片單元，該第二輻射單元為條形貼片單元，所述條形貼片單元分別置于t形貼片單元的豎直部分的兩側(cè)，該t形貼片單元的水平部分的四周邊緣上布置有多個(gè)短路金屬過孔，上下兩側(cè)的短路金屬過孔按預(yù)設(shè)距離排列，而左右兩側(cè)的短路金屬過孔直接將第一輻射單元兩側(cè)短路；所述激勵(lì)端口由同軸接頭直接饋電，蝕刻在基板的背面；所述饋電過孔用于連接同軸接頭和第一輻射單元，位于第一輻射單元中；所述地板菱形縫隙蝕刻在基板的背面，通過其漸變的結(jié)構(gòu)提高激勵(lì)端口的隔離度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、與已有的mimo天線陣比較，本發(fā)明引入兩個(gè)不同的貼片單元，有效地增加了阻抗帶寬，并實(shí)現(xiàn)了各個(gè)諧振點(diǎn)的獨(dú)立可控。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整貼片單元的尺寸以及不同貼片之間距離，就可以得到很好的阻抗帶寬。

2、與已有的mimo天線陣比較，本發(fā)明在基板的背面引入了地板菱形縫隙，其漸變的結(jié)構(gòu)，可使得mimo天線陣在很寬的頻率范圍內(nèi)取得很好的隔離度。又因?yàn)槎搪方饘龠^孔的加入，使得天線的能量主要集中在t型貼片單元和條形貼片單元內(nèi)，所以在加入縫隙后，mimo天線陣中單元天線的阻抗帶寬能維持原有天線的特性，同時(shí)減小單元之間的耦合度。

3、與已有的毫米波mimo天線陣比較，本發(fā)明具有更寬的阻抗帶寬，較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，適用于各種毫米波移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)備中。

附圖說(shuō)明

圖1為平面毫米波mimo天線的正面示意圖。

圖2為平面毫米波mimo天線的背面示意圖。

圖3為平面毫米波mimo天線的s參數(shù)仿真結(jié)果圖。

圖4為二單元平面毫米波mimo天線陣的正面示意圖。

圖5為二單元平面毫米波mimo天線陣的背面示意圖。

圖6為二單元平面毫米波mimo天線陣的s參數(shù)仿真結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

參見圖1和圖2所示，本實(shí)施例所述的平面毫米波mimo天線，包括基板7、激勵(lì)端口5、饋電過孔2、短路金屬過孔3、地板菱形縫隙6以及兩個(gè)不同的輻射單元，分別為第一輻射單元1和第二輻射單元4；使用的基板材料為rogers5880，厚度為0.508mm；所述第一輻射單元1和第二輻射單元2印制在基板7的正面，該第一輻射單元1為t形貼片單元，該第二輻射單元4為條形貼片單元，該第二輻射單元4分別置于第一輻射單元1的豎直部分的兩側(cè)；所述激勵(lì)端口5由同軸接頭直接饋電，蝕刻在基板7的背面；所述饋電過孔2用于連接同軸接頭和第一輻射單元1，位于第一輻射單元1中；所述短路金屬過孔3布置在第一輻射單元1的水平部分的四周邊緣上，上下兩側(cè)的短路金屬過孔3按一定距離排列，而左右兩側(cè)的短路金屬過孔3直接將第一輻射單元1兩側(cè)短路；所述地板菱形縫隙6蝕刻在基板7的背面，通過其漸變的結(jié)構(gòu)提高激勵(lì)端口5的隔離度。以上設(shè)計(jì)通過貼片發(fā)揮的作用，可以使得天線的阻抗帶寬非常寬，相對(duì)帶寬達(dá)到18.8％(41.5—50.1ghz)。

參見圖3所示，圖中的第一個(gè)諧振點(diǎn)31主要由第一輻射單元1水平部分控制，調(diào)節(jié)第一輻射單元1水平部分的長(zhǎng)度，以及上下兩側(cè)短路金屬過孔3的位置，就可以移動(dòng)諧振點(diǎn)31；第二個(gè)諧振點(diǎn)32由第一輻射單元1豎直部分產(chǎn)生，調(diào)節(jié)第一輻射單元1豎直部分的長(zhǎng)度和寬度，就可以移動(dòng)諧振點(diǎn)32；第三個(gè)諧振點(diǎn)33主要由第二輻射單元4控制，調(diào)節(jié)第二輻射單元4的尺寸，以及第一輻射單元豎直部分和水平部分的距離，可以移動(dòng)諧振點(diǎn)33。

除此之外，由于上述的短路金屬過孔3形成了一個(gè)較為封閉的結(jié)構(gòu)，能抑制腔內(nèi)能量的泄露，因此能量基本只能在第一輻射單元的未短路處，以及第二輻射單元4輻射出去，從而使得兩個(gè)輻射單元之間相互獨(dú)立，因此還可以減小兩個(gè)輻射單元結(jié)構(gòu)之間的互耦，使得圖6中二單元平面毫米波mimo天線陣的阻抗帶寬(s11)與圖3的接近，同時(shí)減小天線單元之間的耦合度(s21)。

在有限的空間中集成的天線數(shù)目越多，要得到高的隔離度就會(huì)越困難。而在已有的mimo天線陣設(shè)計(jì)，主要致力于如何減小天線單元間的互耦問題，所以會(huì)在天線之間加入去耦的結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)加入了地板菱形縫隙6，可以很好地提高激勵(lì)端口5的隔離度。

通過以上分析可以知道，本發(fā)明既包含了增加帶寬，改善阻抗匹配，提高隔離度的結(jié)構(gòu)，還具有獨(dú)立可調(diào)的性能。下面我們將圖1和圖2所示的平面毫米波天線應(yīng)用于二單元平面的mimo天線陣中進(jìn)行具體說(shuō)明。

圖4和圖5分別為二單元毫米波mimo天線陣的正面圖和背面圖，從圖1和圖2提供的平面毫米波mimo天線可知，圖4、圖5提供的二單元毫米波mimo天線陣包含了兩個(gè)天線單元以及兩個(gè)激勵(lì)端口5，激勵(lì)端口5在基板7的兩端，在兩個(gè)天線單元中間，蝕刻了兩個(gè)地板菱形縫隙，有效地減小了單元之間的互耦，從圖6可知，此時(shí)s21在整個(gè)工作頻段內(nèi)都小于-25db，比起沒有縫隙的情況最大降低了5db，而s11基本與單個(gè)天線時(shí)的情況一致，出現(xiàn)3個(gè)諧振點(diǎn)。

以上所述之實(shí)施例子只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。