[发明专利]一种新型超材料圆极化MIMO天线

说明书

本发明公开了一种新型超材料圆极化MIMO天线,包括：介质基板、四个超材料天线单元，超材料天线单元包括天线本体、第一开口环、第一连接部、第二开口环、第三开口环和第二连接部，第二开口环尺寸大于第三开口环的尺寸，天线本体设于所述第二开口环内并与之保持间隙；介质基板包括介质板、金属地板，金属地板的每一侧边设有E字形缝隙，第一连接部连接馈电端，第二连接部和第三开口环分别与金属地板连接。采用上述技术方案，可构成新型超材料的互补开口谐振环结构，可以获得较宽的阻抗带宽和轴比带宽，通过E字形缝隙构成缺陷地结构，提高4个超材料天线单元之间的隔离度，提升超材料天线单元的辐射性能。

技术领域

本发明涉及无线通信相关技术领域，特别涉及一种新型超材料圆极化MIMO天线。

背景技术

5G通信系统MIMO天线中一个很重要指标是隔离度测试，从目前国内外研究现状来看，移动通信终端天线尺寸大、带宽窄和MIMO天线隔离度低等问题都有待进一步提高。由于圆极化MIMO工作原理分析和天线优化设计的复杂性，该天线发展较为迟缓。圆极化MIMO天线研究的难点主要表现在：在设计圆极化MIMO天线时，不仅要考虑天线单元的阻抗匹配性能、天线端口之间的隔离度性能，还要考虑实现每个天线的圆极化性能，并且要保证天线单元的圆极化带宽和阻抗带宽一致。通常天线某一个参数的变化可能实现了更宽的阻抗带宽，但是也可能使天线的轴比、隔离度等恶化，经常会导致天线的优化设计顾此失彼，效率低下。设计多带圆极化MIMO天线，需要考虑好天线结构形式、天线单元的阻抗带宽、圆极化带宽，以及有限空间多天线之间的隔离度，多个优化目标同时满足要求仍然是一个难题。

发明内容

为了克服现有的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种新型超材料圆极化MIMO天线以解决上述技术问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，设计出一种新型超材料圆极化MIMO天线，包括：介质基板、以及设于介质基板顶部边缘的四个超材料天线单元，所述超材料天线单元包括天线本体、第一开口环、第一连接部、第二开口环、第三开口环和第二连接部，所述天线本体、第一开口环、第一连接部连接为一体，所述第二开口环、第三开口环和第二连接部连接为一体，所述第二开口环尺寸大于第三开口环的尺寸，所述天线本体设于所述第二开口环内并与之保持间隙；

所述介质基板包括介质板和设于介质板底部的金属地板，所述金属地板的每一侧边至少设有一个E字形缝隙，且每一侧边上的E字形缝隙位于两个超材料天线单元之间，所述第一连接部连接馈电端，所述第二连接部与金属地板连接，所述第三开口环的右侧与金属地板连接。

采用上述技术方案，通过将天线本体设于第二开口环内，构成新型超材料的互补开口谐振环结构，可以获得较宽的阻抗带宽和轴比带宽，第二开口环尺寸采用大于第三开口环尺寸的设计，具有多频谐振性质，可以使多频带可融合成一个宽频带，最终实现宽带圆极化，通过E字形缝隙构成缺陷地结构，可以大大降低超材料天线单元之间的耦合电流，提高4个超材料天线单元之间的隔离度，提升超材料天线单元的辐射性能，与现有的移动终端天线系统相比，解决了现有MIMO天线存在的轴比带宽窄及隔离度难的问题，另外，天线总体尺寸小，适合现代的小型化设计需求。

为了更好的解决上述技术缺陷，本发明还具有更佳的技术方案：

在一些实施方式中，所述金属地板上设有数量与所述超材料天线单元数量相同的地板槽，且所述地板槽与超材料天线单元上下一一对应设置。

地板槽是金属地板上的通框与介质板底面形成的槽，通过在金属地板上设置地板槽，形成底板缝隙，可以实现较好的阻抗匹配。

在一些实施方式中，所述介质基板呈矩形状，四个所述超材料天线单元设于所述介质基板顶部的四个角上，且相邻超材料天线单元之间正交设置。

通过将4个超材料天线单元正交设置，可降低个单元间的耦合，提升辐射性能。