[发明专利]基于电磁耦合的宽带、高隔离MIMO环天线

说明书

本发明公开基于电磁耦合的宽带、高隔离MIMO环天线。本发明包括中心位于同一直线上的四个辐射单元，相邻辐射单元间的距离为5mm，最小电长度为0.03850λ0(λ0是最低谐振波长)；每个辐射单元包括四个辐射元件、介质基板；所述的辐射元件包括三个分裂环、一条寄生带，其中三个分裂环分别为主辐射环、馈电环和寄生环。所提出的由具有亚波长距离的四个辐射元件组成的MIMO天线可以在没有任何额外的解耦结构的情况下实现高隔离度。所提出的天线可以在未来的5G无线系统中广泛使用。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，提出了一种基于电磁耦合的宽带、高隔离MIMO环天线。

背景技术

由于无线通信系统的快速发展，对天线的需求越来越高，如体积小，宽带宽，隔离度高，对这种天线的需求也越来越大。多输入多输出(MIMO)系统已被用于增加信道容量和可靠性。MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术即多输入多输出技术，是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。MIMO天线中的天线元件之间的隔离会影响天线的性能。因此，保持内部天线之间的良好隔离可以使MIMO天线具有良好的工作效果。

为了使天线的尺寸更小，阻抗匹配性能更好和实现宽带特性，已经出现了各种各样的宽带印刷天线设计，如偶极天线，CPW馈电单极天线，对称周期天线，八木天线等。在所有这些天线中，印刷天线的宽带特性主要由具有各种结构的偶极/单极式复合散热器实现。然而，这些设计中的部分在几何尺寸上太大，在应用范围上会受限，其中覆盖低于3GHz的频率是非常困难的。从电磁理论来看，磁偶电偶极子是相互对偶的。由于结构简单，易于与常规环形天线的其他部件集成，因此广泛应用于各种无线应用。另外，通过激励磁偶极子和电偶极子(ME偶极子/环偶极子)同时获得大量的设计以实现单向辐射。这些环形偶极复合天线中的大多数可以通过印刷广泛的技术制造并且可以实现单向图案。但是他们的带宽是有限的。因此，为了覆盖更宽的带宽并满足一些设计要求，如低配置，易于制造和稳定的辐射特性，开发高性能印刷天线紧凑简单的几何形状成为了一种挑战。

MIMO通信系统要求收发机能同时多链路的接收和发射信号，而多天线设计的最大难题在于单个天线之间的耦合难以避免，由于天线之间的相互影响使得多个天线不能独立的传输信息，因此如何降低天线之间的耦合度成了设计MIMO天线的关键技术。随着MIMO天线的带宽逐渐增加，隔离级别下降，并且通常使用额外的隔离结构。通常，MIMO天线的设计会在带宽和隔离之间妥协。

本发明提出了一种基于混合电磁耦合分离环的宽带，高隔离度MIMO环形天线的设计。通过利用三个环路之间的混合耦合，所提出的环形天线可以实现宽带宽，并且由于辐射器的磁耦合，所提出的由具有亚波长距离的四个元件组成的MIMO天线可以在没有任何额外的解耦结构的情况下实现高隔离度。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述所提到的挑战，在没有任何额外的解耦结构的情况下实现高隔离度，满足MIMO通信系统对天线所提出高隔离度的要求，提出了一种基于电磁耦合的宽带、高隔离MIMO环天线。带环路或环路偶极子复合结构的天线可以将带宽变宽，并且结构简单，本发明将应用这类结构运用到MIMO天线的设计中以达到拓宽天线的频带、提高单个天线之间的隔离度的效果。

一种基于电磁耦合的宽带、高隔离MIMO环天线包括中心位于同一直线上的四个辐射单元，相邻辐射单元间的距离为5mm，最小电长度为0.03850λ0(λ0是最低谐振波长)；每个辐射单元包括四个辐射元件、介质基板(7)；所述的辐射元件包括三个分裂环、一条寄生带(3)，其中三个分裂环分别为主辐射环(1)、馈电环(2)和寄生环(6)；

介质基板(7)的上表面放置主辐射环(1)；为了使天线的基本谐振模式是半波长谐振模式，所述的主辐射环(1)环臂设有开口，且环臂靠近馈电环(2)处加载有电容(4)，使得天线的带宽最大；主辐射环(1)环内设置馈电环(2)，馈电环的位置需要综合考虑电耦合与带宽；