圓形背腔結(jié)構(gòu)方向性三極化天線(xiàn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多端口饋電的腔體結(jié)構(gòu)方向性天線(xiàn)，尤其是涉及通過(guò)微帶線(xiàn)饋電結(jié)合同軸饋電加載單極子進(jìn)行輻射，具有高隔離度的一種圓形背腔結(jié)構(gòu)方向性三極化天線(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，如何提高頻譜利用率，使得系統(tǒng)在有限的頻帶內(nèi)傳輸更高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是現(xiàn)代通信技術(shù)研宄的熱點(diǎn)問(wèn)題。MMO(Multiple-1nputMultiple-Output)技術(shù)利用多天線(xiàn)系統(tǒng)的空時(shí)處理技術(shù)，能夠同時(shí)收發(fā)成倍數(shù)據(jù)，顯著改善通信系統(tǒng)的傳輸效率?！皽?zhǔn)4G”技術(shù)LTE采用了 MMO技術(shù)，對(duì)推動(dòng)移動(dòng)通信與個(gè)人通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率，改善傳輸質(zhì)量具有重大意義。
[0003]MMO系統(tǒng)是指在發(fā)射端和接收端同時(shí)采用多個(gè)天線(xiàn)的通信系統(tǒng)，在不增加帶寬和發(fā)射功率的情況下可以成倍地提高信道容量和頻譜利用率。決定MI MO系統(tǒng)分集性能的重要因素是支路之間的相關(guān)性(Winters J H, Salz J, Gitlin R D.The impactof antenna diversity on the capacity of wireless communicat1n systems[J].Communicat1ns, IEEE Transact1ns on, 1994，42 (234): 1740-1751)。對(duì)于空間分集 MIMO天線(xiàn)，只要天線(xiàn)單元間距足夠大，無(wú)線(xiàn)信道散射傳播的多徑分量足夠豐富，各對(duì)等效的收-發(fā)天線(xiàn)間的無(wú)線(xiàn)傳輸信道則趨于獨(dú)立，接收機(jī)采用信號(hào)處理技術(shù)恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流。MMO共極化多天線(xiàn)占據(jù)較大空間，增大天線(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本。極化分集可以獲得與空間分集相當(dāng)?shù)姆旨鲆妫谕粏卧习l(fā)射或接收不同極化方向上的信號(hào)，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化。
[0004]文獻(xiàn)(AndrewsM R, Mitra P P.Tripling the capacity ofwireless communicat1ns using electromagnetic polarizat1n[J].Nature, 2001, 409(6818):316-318.)提出在多徑環(huán)境下，多極化天線(xiàn)能夠提高無(wú)線(xiàn)通信信道容量，并證實(shí)了多極化天線(xiàn)在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中對(duì)于提高信道容量和傳輸速率方面的性能。目前已有多種可應(yīng)用于MIMO系統(tǒng)的三極化天線(xiàn)。如文獻(xiàn)(Oikonomopoulos-ZachosC，Rembold B.A 3-Port Antenna for MIMO applicat1ns [C]Antennas,2007.1NICA' 07.2nd Internat1nal ITG Conference on.1EEE, 2007:49-52.)利用矩形貼片實(shí)現(xiàn)雙極化，垂直于平面的單極子實(shí)現(xiàn)第三極化方向。設(shè)計(jì)了一種諧振于5.6GHz的WLAN頻段應(yīng)用?；夭〒p耗和隔離度的實(shí)測(cè)值也符合要求，頻帶內(nèi)端口之間隔離度的仿真值只有_17dB，第三端口的諧振曲線(xiàn)平坦。文獻(xiàn)(Zhong H, Zhang Z, Chen W，et al.Atr1-polarizat1n antenna fed by proximity coupling and probe[J].Antennas andWireless Propagat1n Letters, IEEE, 2009, 8:465-467.)利用雙縫隙親合饋電對(duì)貼片進(jìn)行饋電，同樣由同軸線(xiàn)加載圓盤(pán)實(shí)現(xiàn)三極化。天線(xiàn)的諧振曲線(xiàn)和隔離度改進(jìn)很多，仿真隔離度小于-20dB，實(shí)測(cè)隔離度小于-16dB。天線(xiàn)具有體積小，易共形等特點(diǎn)。文獻(xiàn)(Chiu CY, Yan J B, Murch R D.Compact three-port orthogonally polarized MIMO antennas[J].Antennas and Wireless Propagat1n Letters, IEEE, 2007, 6:619-622.)利用三個(gè)偶極子單元設(shè)計(jì)的三極化天線(xiàn)。該天線(xiàn)由三個(gè)互相垂直的輻射單元構(gòu)成，以此獲得較好的端口隔離度和低端口間信號(hào)相關(guān)系數(shù)。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示在諧振頻點(diǎn)的端口隔離度大于18dB，但其中兩個(gè)端口的回波損耗僅達(dá)到-12dB。天線(xiàn)的增益和效率分別是4.SdBi和80%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有高隔離度、定向輻射、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)的圓形背腔結(jié)構(gòu)方向性三極化天線(xiàn)。
[0006]本發(fā)明設(shè)有接地金屬板、金屬圓環(huán)、介質(zhì)基板、同軸線(xiàn)和“十”字形金屬單元；
[0007]所述介質(zhì)基板雙面覆有金屬層，在金屬層上刻蝕有圖案，介質(zhì)基板的中心位置切出一個(gè)圓柱體；所述接地金屬板為一正方形結(jié)構(gòu)，在接地金屬板中心位置設(shè)有一圓孔，以提供第三極化方向的饋電端口；所述金屬圓環(huán)位于接地金屬板和介質(zhì)基板之間的金屬側(cè)壁；所述同軸線(xiàn)下端與接地金屬板幾何中心位置的饋電端口相連，同軸線(xiàn)向垂直于接地金屬板的方向穿過(guò)介質(zhì)基板的縫隙并繼續(xù)延伸，同軸線(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體與“十”字形金屬單元相連；
[0008]所述介質(zhì)基板的下表面涂覆有金屬層，金屬層上刻蝕有圓環(huán)縫隙和圓環(huán)貼片；所述介質(zhì)基板的上表面涂覆有4條相同的微帶貼片；所述介質(zhì)基板上切出的圓柱體的厚度與介質(zhì)基板相同。
[0009]所述介質(zhì)基板上表面的微帶貼片中相鄰的兩個(gè)貼片作為微帶饋電線(xiàn)分別連接第一極化端口和第二極化端口，另外兩個(gè)相鄰的微帶貼片通過(guò)金屬貼片與腔體側(cè)壁連接。
[0010]所述同軸線(xiàn)位于腔體的中心位置，同軸線(xiàn)下端與接地金屬板相連，在同軸線(xiàn)與接地板相接處設(shè)置饋電端口，構(gòu)成第三極化端口，三個(gè)極化方向兩兩正交，同軸線(xiàn)穿過(guò)介質(zhì)基板的縫隙向上延伸，同軸線(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體與“十”字形金屬單元相連。
[0011]所述圓環(huán)金屬側(cè)壁的下端與接地金屬板連接，圓環(huán)金屬側(cè)壁的上端與介質(zhì)基板的下表面連接。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)和顯著的效果:端口間的隔離度均在25dB以上。天線(xiàn)具有三極化特性，在最大輻射方向其極化隔離度均在25dB以上。本發(fā)明天線(xiàn)可用于WLAN的2.4GHz MIMO系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2為介質(zhì)基板上表面的俯視圖。
[0015]圖3為介質(zhì)基板下表面的俯視圖。
[0016]圖4為單極子加載圓盤(pán)的側(cè)視圖。
[0017]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0018]圖6為天線(xiàn)三個(gè)端口回波損耗的仿真值。在圖6中，曲線(xiàn)a是天線(xiàn)回波損耗Sll仿真曲線(xiàn)；曲線(xiàn)b是天線(xiàn)回波損耗S22仿真曲線(xiàn)；曲線(xiàn)c是天線(xiàn)回波損耗S33仿真曲線(xiàn)。
[0019]圖7為天線(xiàn)端口間隔離度的仿真值。在圖7中，曲線(xiàn)a是天線(xiàn)端口間隔離度S12仿真曲線(xiàn)；曲線(xiàn)b是天線(xiàn)端口間隔離度S13仿真曲線(xiàn)；曲線(xiàn)c是天線(xiàn)端口間隔離度S23仿真曲線(xiàn)。
[0020]圖8為端口 I或2激勵(lì)時(shí)(另兩端口接匹配負(fù)載)天線(xiàn)E面方向圖。在圖8中，曲線(xiàn)a是端口 1、2激勵(lì)時(shí)E面主極化方向圖；曲線(xiàn)b是端口 1、2激勵(lì)時(shí)E面交叉極化方向圖。
[0021]圖9為端口 I或2激勵(lì)時(shí)(另兩端口接匹配負(fù)載)天線(xiàn)H面方向圖。在圖9中，曲線(xiàn)a是端口 1、2激勵(lì)時(shí)H面主極化方向圖；曲線(xiàn)b是端口 1、2激勵(lì)時(shí)H面交叉極化方向圖。
[0022]圖10為端口 3激勵(lì)時(shí)(另兩端口接匹配負(fù)載)天線(xiàn)E面方向圖。在圖10中，曲線(xiàn)a是端口 3激勵(lì)時(shí)E面主極化方向圖；曲線(xiàn)b是端口 3激勵(lì)時(shí)E面交叉極化方向圖。
[0023]圖11為端口 3激勵(lì)時(shí)(另兩端口接匹配負(fù)載)天線(xiàn)H面方向圖。在圖11中，曲線(xiàn)a是端口 3激勵(lì)時(shí)H面主極化方向圖；曲線(xiàn)b是端口 3激勵(lì)時(shí)H面交叉極化方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白