[发明专利]一种应用于5G移动通信的毫米波宽带MIMO天线

说明书

本发明涉及一种应用于5G移动通信的毫米波宽带MIMO天线，包括介质基板以及印刷在介质基板上下表面的金属贴片，印刷在介质基板上表面的金属贴片包括四个毫米波天线单元和去耦结构，印刷在介质基板下表面的金属贴片为金属接地面，四个毫米波天线单元为MIMO天线的主体部分，分别设置于介质基板四周，每个毫米波天线单元包括主辐射贴片、共面波导微带馈线、带圆形槽的金属结构以及金属接地面上的两个竖直矩形缝隙和一个水平矩形缝隙，去耦结构包括设置于相邻毫米波天线单元之间的四个平面紧凑型电磁带隙结构和设置于介质基板中部的“X”型金属贴片。该天线不仅具有宽频带、高增益和良好的定向辐射特性，而且结构紧凑并保持高隔离度。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种应用于5G移动通信的毫米波宽带MIMO天线。

背景技术

5G移动通信时代让万物互联成为可能，是一个既可以承载终端海量接入率，也能以超高数据率传输的高速网络时代。然而现阶段，各通信系统均采用低频频段，6GHz以下黄金通信频段的频谱资源显然已经十分拥挤，这无疑将造成低频频段的带宽紧缺，使得未来无线高速通信的需求受到限制，非常不利于通信系统朝着人们设想的目标进一步发展。

但是毫米波频段并没有得到充分的开发利用。毫米波频段拥有十分丰富的频谱资源以及高带宽、低时延等突出优势，这些优势能够充分释放5G的全部潜能，从而实现消费者业务体验的革命性提升和千行百业的数字化转型，真正实现5G改变生活、改变社会的愿景，因此，要顺利跨入5G时代，亟需发展毫米波技术。

在5G移动通信中，预期的天线几何形状应该是紧凑的，以方便成为移动终端设备的一部分。设计具有紧凑尺寸的天线单元是一项挑战，也是一项有前途的技术。此外，MIMO天线设计要求天线单元之间具有窄间距的特点，同时天线单元之间应该有较低的互耦和较高的隔离度，以减少相邻天线单元之间的影响从而提高整个天线的性能。

随着5G移动通信技术的进一步发展演进，宽频带、高增益也越来越被现在的通信系统所需要。如何既能使MIMO天线在紧凑的结构下保持较低的互耦和较高的隔离度，又能实现MIMO天线的宽频带、高增益和定向辐射特性，成为了现在研究的目标和难点。

近年来，许多研究者设计了毫米波MIMO天线，有一些天线虽然能够实现宽频带、高增益、高隔离度和定向辐射特性，但是却无法保持结构的紧凑性，不能满足现代无线通信对终端设备的需求；有一些天线虽然尺寸小，但是却无法同时满足宽频带、高增益、高隔离度和定向辐射特性，也无法较好地应用到现在的一些移动终端设备中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于5G移动通信的毫米波宽带MIMO天线，该天线不仅具有宽频带、高增益和良好的定向辐射特性，而且结构紧凑并保持高隔离度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种应用于5G移动通信的毫米波宽带MIMO天线，包括介质基板以及印刷在介质基板上下表面的金属贴片，印刷在介质基板上表面的金属贴片包括四个毫米波天线单元和去耦结构，印刷在介质基板下表面的金属贴片为金属接地面，所述四个毫米波天线单元为MIMO天线的主体部分，分别设置于介质基板四周，每个毫米波天线单元包括主辐射贴片、共面波导微带馈线、带圆形槽的金属结构以及金属接地面上的两个竖直矩形缝隙和一个水平矩形缝隙，所述去耦结构包括设置于相邻毫米波天线单元之间的四个平面紧凑型电磁带隙结构和设置于介质基板中部的“X”型金属贴片。

进一步地，所述介质基板采用罗杰斯5880高频板材，厚度为1.575mm。

进一步地，所述主辐射贴片上部为半圆形结构，用于增加电流路径，从而降低天线的尺寸，所述主辐射贴片下部为锥形渐变结构，使馈电处的电流平滑过渡，以提高天线的阻抗匹配，所述共面波导微带馈线与主辐射贴片下部相连，所述共面波导微带馈线为阶梯状结构，以进一步提升阻抗匹配。

进一步地，所述共面波导微带馈线与2.92mm射频连接器内芯连接，所述2.92mm射频连接器的四根金属引脚与带圆形槽的金属结构和金属接地面连接。