本發(fā)明涉及一種緊湊型四單元超寬帶MIMO天線，屬于無線短距離通信技術領域。

背景技術：

在無線通信系統(tǒng)中，由于受到植被、建筑物、地表等諸多因素的影響，在發(fā)射機端發(fā)出的信號經(jīng)過這些環(huán)境發(fā)生不同程度的折射、反射和直射等，造成到達接收機的不同路徑的信號相位、幅度和時延都不盡相同，最終導致信號呈衰落狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱之為多徑效應。時延的不同會產(chǎn)生信號誤碼，對通信系統(tǒng)產(chǎn)生非常嚴重的干擾且這種誤碼靠若只是通過增加發(fā)射功率是難以抹滅的。

MIM多天線技術的提出算是對對抗多徑衰弱的福音，與傳統(tǒng)技術不同，MIMO技術不再將它作為消極因素，在空間中充分利用分集和復用技術，大大的提高了信號穩(wěn)定性和信道容量。將MIMO多天線技術結(jié)合到超寬帶技術能夠極大的增強其工作性能。

超寬帶MIMO技術有著廣泛的應用前景，它可以應用于軍事、無線多媒體局域網(wǎng)、家庭娛樂、智能交通系統(tǒng)等多個領域。隨著人們對設備小型化需求的提高，對超寬帶MIMO天線提出了更高的要求。如何減小天線的尺寸同時保證天線單元之間具有高隔離度成了相當嚴峻的問題。

很顯然，UWB MIMO天線的是極具探究價值的。但是通常來講，當兩個普通天線之間的距離小于二分之一個波長的時候，會產(chǎn)生強烈的互耦，干擾彼此的工作狀態(tài)，嚴重降低它們各自的輻射效率和增益。所以，在UWB MIMO天線的設計中，保證寬頻帶阻抗匹配、小型化和高隔離都是必要的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種結(jié)構簡單、緊湊、成本低廉的四單元超寬帶MIMO天線，滿足當前無線短距離終端設備便攜化、小型化的需求。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種緊湊型四單元超寬帶MIMO天線，包括背面接地的介質(zhì)板，其特征是，還包括設置在介質(zhì)板正面的四個相同的輻射單元、四段相同的微帶饋線及饋電端口、四個相同的倒L形地板枝節(jié)、四條平行微帶支條和兩組相同的地板細縫；所述的四個輻射單元對稱設置在介質(zhì)板正面的四個頂角位置，所述四段微帶饋線的一端分別與所述四個輻射單元相連接，所述饋電端口設在每個所述微帶饋線的另一端；在所述介質(zhì)板短邊一側(cè)的兩個輻射單元之間下方的介質(zhì)板上延伸出對稱的兩個倒L形地板枝節(jié)和兩個相互平行的微帶支條，所述L形地板枝節(jié)的長邊與短邊與輻射單元相重合，構成雙面雙帶線結(jié)構，每個所述微帶支條平行于介質(zhì)板長邊設置在L形地板枝節(jié)的長邊上；所述介質(zhì)板長邊一側(cè)的相鄰輻射單元之間地板上設置有兩組地板縫隙。

進一步的，每個所述輻射單元上都設有矩形凹槽。

進一步的，所述介質(zhì)板短邊一側(cè)的兩個輻射單元下方的倒L枝節(jié)長邊頂端互相垂直放置。

進一步的，所述介質(zhì)板背面設有接地板。

本發(fā)明所達到的有益效果：

1）設計新穎的具有四個輻射單元的超寬帶MIMO天線，具有良好匹配、低互耦、結(jié)構緊湊、尺寸小，低成本，適用于絕大部分無線傳輸設備；

2）本發(fā)明所設計的天線各個輻射單元之間的隔離度都很高，均低于-15dB。每個天線單元都能獨立工作，且具有良好的輻射特性；

3）本發(fā)明所設計的隔離結(jié)構簡單、高效；

4）本發(fā)明采用印刷單極子，平面結(jié)構設計，方便集成到電路板中，適用于小型移動通信設備；

5）本發(fā)明采用的MIMO超寬帶天線陣列，以很小的尺寸面積，頻率覆蓋了超寬帶通信所需的3.1-10.6GHz頻段。

附圖說明

圖1是本發(fā)明超寬帶MIMO天線結(jié)構示意圖；

圖2是本發(fā)明超寬帶MIMO天線劃分的尺寸圖；

圖3是本發(fā)明超寬帶MIMO天線回波損耗和實測S參數(shù)示意圖；

圖4（a）是W9變化對天線S11參數(shù)的影響；

圖4（b）是W6變化對天線S11參數(shù)的影響；

圖4（c）是地板枝節(jié)變化對天線隔離度S12的影響；

圖5（a）是有無地板縫隙組對天線隔離度S13、S14的影響；

圖5（b）是對地板縫隙組仿真的結(jié)果；

圖中的1是矩形凹槽，2是輻射單元，3是微帶饋線，4是地板枝節(jié)，5是微帶支條，6是地板細縫，7是接地板，8是介質(zhì)板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖1所示的一種緊湊型四單元超寬帶MIMO天線，包括介質(zhì)板8、設于介質(zhì)板背面的接地板7，設于介質(zhì)基板8正面的四個完全一樣的輻射單元2，連接輻射單元2的的四個完全相同的微帶饋線3，饋電端口P1、P2、P3、P4。

所述天線各個輻射單元2上的矩形凹槽1用于擴展低頻帶寬以及提高低頻帶寬部分的隔離度。

所述天線中各個輻射單元2下方地板上延伸出倒L形地板枝節(jié)4，它們的長邊與短邊與輻射單元2相重合，構成雙面雙帶線結(jié)構。改變它們之間的重合部分，可以分別調(diào)節(jié)低頻和高頻部分的帶寬。介質(zhì)板8短邊一側(cè)的兩個輻射單元下方的倒L形地板枝節(jié)4長邊頂端互相垂直放置，以提高兩輻射單元之間的隔離度。

所述天線中兩個長邊頂端互相垂直放置的倒L形地板枝節(jié)4上連接有四個微帶支條5，相當于一個低頻諧振器，以此來改善低頻段的隔離度。

所述天線中介質(zhì)板8長邊一側(cè)的相鄰輻射單元2之間介質(zhì)板上設置有兩組地板縫隙6，相當于低頻帶阻濾波器，提高低頻部分的隔離度。

如圖2所示，本發(fā)明的緊湊型四單元超寬帶MIMO天線，它包括了相對介電常數(shù)為4.4、損耗正切值為0.02，厚度為0.8mm的FR4介質(zhì)板8、設于介質(zhì)板背面的接地板7，設于介質(zhì)板正面的四個完全一樣的輻射單元2，連接輻射單元的的四個完全相同的微帶饋線3，饋電端口P1-P4。

所述的緊湊型四單元超寬帶MIMO天線，其特征在于所述的天線具有四個結(jié)構相同的輻射單元，并且采用印刷單極子天線，平面結(jié)構、對稱放置，極大地減小了所述天線的尺寸。

所述的緊湊型超寬帶MIMO天線的仿真回波損耗和實測得到的S參數(shù)數(shù)據(jù)如圖3所示，由于各個輻射單元均高度對稱，為了簡潔、方便觀看，在圖3中僅列出了第一輻射單元及其與其它輻射單元的S參數(shù)曲線?？梢钥闯鏊鎏炀€在超寬帶（UWB）（3.1-10.6GHz）頻段上獲得了良好的阻抗匹配。第一輻射單元與其它輻射單元之間的隔離度均大于-15dB，所述天線具有良好的工作特性。

首先要設計一款工作在超寬帶（3.1-10.6GHz）頻段范圍內(nèi)的輻射單元，在介質(zhì)基板短邊僅放置兩個相同的輻射單元2。由于空間電磁場和接地電流的影響，會破壞它們原有的阻抗匹配。為此在兩個輻射單元下方地板上均延伸出倒L形地板枝節(jié)。調(diào)節(jié)W9的大小，即改變輻射單元與倒L形地板枝節(jié)的重合面積。隨著W9的增加，即耦合面積增加，帶寬向低頻移動，如圖4（a）。調(diào)節(jié)W6的大小，同樣是改變輻射單元與倒“L”枝節(jié)的重合面積。隨著W6減小，即耦合面積減小，帶寬向高頻移動，如圖4（b）。而兩個倒“L”枝節(jié)的長邊互相垂直放置，使得它們上面的電流相互垂直，極大減小了兩個輻射單元之間的耦合，提高了兩個輻射單元之間的隔離度，如圖4（c）。可以看出在沒有加入任何枝節(jié)的情況下，兩輻射單元之間的隔離度均小于-10dB，主要是由于輻射單元特殊的三角形斜邊結(jié)構達到的。在輻射單元的凹槽相當于低頻諧振器，使得低頻4GHz附近隔離度低于-25dB。加入兩個互相垂直的倒“L”枝節(jié)之后兩個輻射單元之間的隔離度在5GHz以上均獲得了極大的改善，小于-20dB。但是3-5GHz的隔離度有所提高但是仍然在-20dB附近，這主要是由于倒“L”枝節(jié)與輻射單元形成雙面雙帶線，它們之間具有強烈的耦合導致的，會破壞它們之間的低相關性。

如圖5（a）所示為第一輻射單元與第三輻射單元、第四輻射單元之間的隔離度。當沒有加入地板縫隙組的時候，第一輻射單元與第三輻射單元之間具有良好的隔離度；但是第一輻射單元與第四輻射單元之間的隔離度在3-6.5GHz之間都是大于-15dB的。當在介質(zhì)基板長邊一側(cè)的地板上都加入縫隙組后，第一輻射單元與第三輻射單元之間的隔離度略微得到改善；而第一輻射單元與第四輻射單元之間的隔離度卻得到極大的改善，整個頻段上的隔離度均小于-15dB。這是因為這兩組地板縫隙相當于低頻的帶阻濾波器，很好的阻絕了介質(zhì)板長邊一側(cè)兩輻射單元間接地電流的影響，從而降低了它們之間的耦合，如圖5（b）所示。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。