一种五单元超宽带MIMO缝隙天线

技术领域

本发明涉及通信天线领域，具体涉及一种五单元超宽带MIMO缝隙天线。

背景技术

近年来，5G通讯技术的发展及推广对天线设计提出了更高的要求，天线设计的复杂度及集成度逐步提升。与之相对地，传统终端天线在通信质量、信道容量等主要性能指标上有着天然的劣势，无法满足覆盖多通讯频段、高传输速率等需求。

在此背景下，超宽带技术的引入，不仅增大了通信系统容量、满足了超宽带的需求，而且能提高系统的数据传输速率。尽管超宽带技术具有各种优点，但在多径环境中的信号衰落仍然是一个需要重视的问题，将超宽带技术与MIMO（多入多出）技术相结合能有效解决这一问题。因此，随着5G通讯技术的发展及推广，超宽带技术与MIMO技术的结合将会成为目前5G通信领域的关键技术之一。

现有技术中的一些天线虽然也结合超宽带技术和MIMO技术进行了改进，但仍存在带宽较小、天线隔离度较差的缺陷。比如，公开号为CN115632224A的中国发明专利公开的一种多MIMO终端天线及终端，其覆盖了3.3～5.1GHz，但相对带宽较小，相对带宽仅有42.9%；并且该天线各端口的隔离度较差，隔离度仅高于14dB。又比如，公开号为CN115332787A的中国发明专利公开的一种四端口高隔离MIMO天线，其覆盖了3.8～11GHz，但相对带宽较小，相对带宽仅有97.3%；并且该天线的隔离度较差，隔离度仅高于14dB。此外，上述两份技术文献中的天线的天线单元都仅有四个，天线单元数量较少。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中存在的问题，提供一种五单元超宽带MIMO缝隙天线，其具备超宽带、多端口、高隔离的特性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种五单元超宽带MIMO缝隙天线，包括介质基板，印刷于介质基板上表面的第一微带馈线、第二微带馈线、第三微带馈线、第四微带馈线、第五微带馈线和倒U型贴片，以及印刷于介质基板下表面的接地板；

所述介质基板呈长方形，其短边平行于X轴，长边平行于Y轴；所述第一微带馈线、第二微带馈线、第三微带馈线、第四微带馈线和第五微带馈线均沿Y轴方向延伸；

第一微带馈线、第二微带馈线、第三微带馈线和第四微带馈线分别设置于介质基板上表面的四个角附近；第一微带馈线和第二微带馈线的一端设置于介质基板的其中一条短边的边缘处，第一微带馈线和第二微带馈线的另一端朝向介质基板中部设置；第三微带馈线和第四微带馈线的一端设置于介质基板的另一条短边的边缘处，第三微带馈线和第四微带馈线的另一端朝向介质基板中部设置；第一微带馈线和第二微带馈线关于介质基板的短边中垂线对称，第三微带馈线和第四微带馈线关于介质基板的短边中垂线对称；

所述倒U型贴片设置于介质基板上表面的中心处，所述第五微带馈线的一端设置于介质基板的另一条短边的边缘处，第五微带馈线的另一端与倒U型贴片连接；

在介质基板的外侧，第一微带馈线与接地板之间外接设置有第一SMA接口，第二微带馈线与接地板之间外接设置有第二SMA接口，第三微带馈线与接地板之间外接设置有第三SMA接口，第四微带馈线与接地板之间外接设置有第四SMA接口，第五微带馈线与接地板之间外接设置有第五SMA接口，第一至第五SMA接口分别用于向第一至第五微带馈线馈电；

所述接地板的中部对应倒U型贴片的位置开设有X型槽；接地板的四个角附近分别开设有第一至第四阶梯槽，所述第一至第四阶梯槽的位置分别与第一至第四微带馈线相对应，使得第一至第四阶梯槽分别与第一至第四微带馈线相耦合；

所述第一至第四微带馈线分别由不等宽度、不等长度的两段枝节组成，分别用于与第一至第四阶梯槽产生谐振效应，从而实现超宽带特性。

进一步地，所述第五微带馈线由不等宽度、不等长度的三段枝节组成，用于使天线获得良好的阻抗匹配，从而实现良好的反射系数带宽。

进一步地，第一阶梯槽和第二阶梯槽关于介质基板的短边中垂线对称，第三阶梯槽和第四阶梯槽关于介质基板的短边中垂线对称。

进一步地，第一至第四阶梯槽分别由不等宽度、不等长度的若干段矩形槽体依次连接组成，第一至第四阶梯槽的开口均设置于介质基板的长边边缘处。

进一步地，所述倒U型贴片是通过对一个矩形贴片中相邻的两个角进行倒角处理后得到的；其中，所述第五微带馈线连接于未进行倒角处理的两个角之间的侧边中部，使得贴片整体呈倒U型。

进一步地，所述接地板上开设有第一至第四水平开路槽和第一至第四垂直开路槽；

所述第一至第四水平开路槽沿X轴方向延伸；其中，第一水平开路槽和第二水平开路槽位于同一直线上且关于介质基板的短边中垂线对称，第一水平开路槽设置于第一微带馈线的另一端附近，第二水平开路槽设置于第二微带馈线的另一端附近；第三水平开路槽和第四水平开路槽位于同一直线上且关于介质基板的短边中垂线对称，第三水平开路槽设置于第三微带馈线的另一端附近，第四水平开路槽设置于第四微带馈线的另一端附近；

所述第一至第四垂直开路槽沿Y轴方向延伸；其中，第一垂直开路槽和第二垂直开路槽关于介质基板的短边中垂线对称，第一垂直开路槽设置于第一微带馈线与介质基板的短边中垂线之间，第二垂直开路槽设置于第二微带馈线与介质基板的短边中垂线之间；第三垂直开路槽和第四垂直开路槽关于介质基板的短边中垂线对称，第三垂直开路槽设置于第三微带馈线与介质基板的短边中垂线之间，第四垂直开路槽设置于第四微带馈线与介质基板的短边中垂线之间；

五个微带馈线、四个水平开路槽和四个垂直开路槽的覆盖区域互不重叠。

进一步地，所述接地板包括第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片和第四金属贴片；

所述第一金属贴片和第二金属贴片呈矩形，且分别设置于介质基板的两条长边的中部；所述第三金属贴片覆盖于介质基板上靠近Y轴正方向的半边，第四金属贴片覆盖于介质基板上靠近Y轴负方向的半边，第三金属贴片和第四金属贴片间隔一定距离设置，第三金属贴片和第四金属贴片朝向介质基板中心的侧边中部具有沿Y轴方向凸出的台阶部；第一至第四金属贴片之间互不接触，使得四者之间间隔的空间形成X型槽。

进一步地，第一阶梯槽、第二阶梯槽、第一水平开路槽、第二水平开路槽、第一垂直开路槽和第二垂直开路槽开设于第三金属贴片上；第三阶梯槽、第四阶梯槽、第三水平开路槽、第四水平开路槽、第三垂直开路槽和第四垂直开路槽开设于第四金属贴片上。

进一步地，所述介质基板的介电常数为4.6。

进一步地，所述介质基板的厚度为1mm。

本发明中的X型槽结构，能够拓展中间天线单元的带宽，同时也可作为缺陷地结构以合理改变接地板的电流分布，对五单元天线起到解耦的效果，提高天线隔离。在此基础上，第五微带馈线激励倒U型贴片在X型槽产生辐射，能够实现超宽带的技术效果。进一步地，本发明的接地板上设置了四个阶梯槽，阶梯槽与由不等宽度、不等长度的两段枝节构成的第一至第四微带馈线产生谐振效应，使天线获得良好的阻抗匹配。进一步地，本发明的接地板上对称分布的两对水平开路槽可以使左右分布的微带线电流抵消，能有效消除左右对称的单元天线间的耦合现象；接地板上对称分布的两对垂直开路槽可以增加五个天线单元之间的等效距离，能有效提高天线隔离度。

综上，本发明提供的一种五单元超宽带MIMO缝隙天线，通过简单的结构和低廉的制造成本，实现了1.7 GHz - 6GHz的工作频段，其相对带宽为111.69%；同时，在工作带宽内的隔离度均优于15.33dB。与现有技术相比，本发明具有超宽带、多端口、高隔离优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种五单元超宽带MIMO缝隙天线的整体结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种五单元超宽带MIMO缝隙天线的顶面结构示意图。

图3是本发明实施例提供的一种五单元超宽带MIMO缝隙天线的底面结构示意图。

图4是本发明实施例的回波耗损参数仿真图。

图5是本发明实施例的天线隔离度仿真图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种五单元超宽带MIMO缝隙天线，包括介质基板8，印刷于介质基板8上表面的第一微带馈线1、第二微带馈线2、第三微带馈线3、第四微带馈线4、第五微带馈线5和倒U型贴片6，以及印刷于介质基板8下表面的接地板7。

在本发明实施例中所采用的介质基板8的介电常数为4.6，介质基板8的厚度为1mm。

进一步地，所述介质基板8呈长方形，其短边平行于X轴，长边平行于Y轴；所述第一微带馈线1、第二微带馈线2、第三微带馈线3、第四微带馈线4和第五微带馈线5均沿Y轴方向延伸；

第一微带馈线1、第二微带馈线2、第三微带馈线3和第四微带馈线4分别设置于介质基板8上表面的四个角附近；第一微带馈线1和第二微带馈线2的一端设置于介质基板8的其中一条短边的边缘处，第一微带馈线1和第二微带馈线2的另一端朝向介质基板8中部设置；第三微带馈线3和第四微带馈线4的一端设置于介质基板8的另一条短边的边缘处，第三微带馈线3和第四微带馈线4的另一端朝向介质基板8中部设置；第一微带馈线1和第二微带馈线2关于介质基板8的短边中垂线对称，第三微带馈线3和第四微带馈线4关于介质基板8的短边中垂线对称；

所述倒U型贴片6设置于介质基板8上表面的中心处，所述第五微带馈线5的一端设置于介质基板8的另一条短边的边缘处，第五微带馈线5的另一端与倒U型贴片6连接；

在介质基板8的外侧，第一微带馈线1与接地板7之间外接设置有第一SMA接口，第二微带馈线2与接地板7之间外接设置有第二SMA接口，第三微带馈线3与接地板7之间外接设置有第三SMA接口，第四微带馈线4与接地板7之间外接设置有第四SMA接口，第五微带馈线5与接地板7之间外接设置有第五SMA接口，第一至第五SMA接口分别用于向第一至第五微带馈线5馈电；

所述接地板7的中部对应倒U型贴片6的位置开设有X型槽15；所述X型槽15用于拓展中间天线单元（第五微带馈线5和倒U型贴片6）的带宽，同时也可作为缺陷地合理改变接地板7的电流分布，对五单元天线起到解耦效果，提高天线隔离度。同时，由不等宽度、不等长度的三段枝节组成的第五微带馈线5激励倒U型贴片6在X型槽15产生辐射，实现超宽带效果。

接地板7的四个角附近分别开设有第一至第四阶梯槽，所述第一至第四阶梯槽的位置分别与第一至第四微带馈线相对应，使得第一至第四阶梯槽分别与第一至第四微带馈线相耦合，具体地，第一阶梯槽91的位置与第一微带馈线1相耦合，第二阶梯槽92的位置与第二微带馈线2相耦合，第三阶梯槽93的位置与第三微带馈线3相耦合，第三阶梯槽93的位置与第三微带馈线3相耦合；

进一步地，第一阶梯槽91和第二阶梯槽92关于介质基板8的短边中垂线对称，第三阶梯槽93和第四阶梯槽94关于介质基板8的短边中垂线对称。

具体地，第一至第四阶梯槽分别由不等宽度、不等长度的若干段矩形槽体依次连接组成，并且，第一至第四阶梯槽的开口均设置于介质基板8的长边边缘处。

所述第一至第四微带馈线分别由不等宽度、不等长度的两段枝节组成，分别用于与第一至第四阶梯槽产生谐振效应，从而实现超宽带特性。

所述第五微带馈线5由不等宽度、不等长度的三段枝节组成，用于使天线获得良好的阻抗匹配，从而实现良好的反射系数带宽。

进一步地，所述倒U型贴片6是通过对一个矩形贴片中相邻的两个角进行倒角处理后得到的；其中，所述第五微带馈线5连接于未进行倒角处理的两个角之间的侧边中部，使得贴片整体呈倒U型。

结合图3所示，所述接地板7上还开设有第一至第四水平开路槽和第一至第四垂直开路槽。

所述第一至第四水平开路槽沿X轴方向延伸；其中，第一水平开路槽11和第二水平开路槽12位于同一直线上且关于介质基板8的短边中垂线对称，第一水平开路槽11设置于第一微带馈线1的另一端附近，第二水平开路槽12设置于第二微带馈线2的另一端附近；第三水平开路槽13和第四水平开路槽14位于同一直线上且关于介质基板8的短边中垂线对称，第三水平开路槽13设置于第三微带馈线3的另一端附近，第四水平开路槽14设置于第四微带馈线4的另一端附近；

所述第一至第四垂直开路槽沿Y轴方向延伸；其中，第一垂直开路槽21和第二垂直开路槽22关于介质基板8的短边中垂线对称，第一垂直开路槽21设置于第一微带馈线1与介质基板8的短边中垂线之间，第二垂直开路槽22设置于第二微带馈线2与介质基板8的短边中垂线之间；第三垂直开路槽23和第四垂直开路槽24关于介质基板8的短边中垂线对称，第三垂直开路槽23设置于第三微带馈线3与介质基板8的短边中垂线之间，第四垂直开路槽24设置于第四微带馈线4与介质基板8的短边中垂线之间；

五个微带馈线、四个水平开路槽和四个垂直开路槽的覆盖区域互不重叠。

接地板7上对称分布的两对水平开路槽可以使左右分布的微带线电流抵消，能有效消除左右对称的单元天线间的耦合现象；接地板7上对称分布的两对垂直开路槽可以增加五个天线单元之间的等效距离，能有效提高天线隔离度。

进一步地，所述接地板7包括第一金属贴片71、第二金属贴片72、第三金属贴片73和第四金属贴片74；

所述第一金属贴片71和第二金属贴片72呈矩形，且分别设置于介质基板8的两条长边的中部；所述第三金属贴片73覆盖于介质基板8上靠近Y轴正方向的半边，第四金属贴片74覆盖于介质基板8上靠近Y轴负方向的半边，第三金属贴片73和第四金属贴片74间隔一定距离设置，第三金属贴片73和第四金属贴片74朝向介质基板8中心的侧边中部具有沿Y轴方向凸出的台阶部；第一至第四金属贴片之间互不接触，使得四者之间间隔的空间形成X型槽15。

具体地，所述第一阶梯槽91、第二阶梯槽92、第一水平开路槽11、第二水平开路槽12、第一垂直开路槽21和第二垂直开路槽22开设于第三金属贴片73上；所述第三阶梯槽93、第四阶梯槽94、第三水平开路槽13、第四水平开路槽14、第三垂直开路槽23和第四垂直开路槽24开设于第四金属贴片74上。

如图4所示，本发明实施例提供的一种五单元超宽带MIMO缝隙天线在1.7 GHz -6GHz的回波耗损均小于10dB，能够稳定工作在1.7 GHz - 6GHz的工作频段，其相对带宽为111.69%，实现了超宽带效果。

如图5所示，本发明实施例中的五个天线单元在工作带宽内的隔离度均优于15.33dB，其中S14更是具有优于21.42dB的隔离度，与现有技术相比具有显著地提升。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。