一种用于WiFi/UWB频段的多频微带MIMO天线

一种用于wifi/uwb频段的多频微带mimo天线
技术领域
1.本发明涉及多频无线通信技术领域，具体是一种wifi/uwb频段的多频微带mimo天线。


背景技术：

2.国内外针对wifi和uwb的无线通信进行了大量的研究。很多在这方面的研究都只覆盖部分频段，天线的单一频段和较窄的带宽，对无线通信网络的高速传输和低延迟有很大影响，所以实现天线的多频覆盖是一个重点问题。
3.目前电子产品种类越来越繁多，而不同的通信方式使用的频率又有所不同，这就要求研究出一种包含多种频段的单一移动设备，来满足主流的wifi、uwb等频段的使用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于wifi/uwb频段的多频微带mimo天线；该发明具有结构简单、频带宽等优点。
5.为了达到本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种用于wifi/uwb频段的多频微带mimo天线，包括一个长方体介质基板，其特征在于，所述长方体介质基板底部设有两个矩形金属地板；所述介质基板的顶部由改进的金属辐射体，微带馈线构成。所述改进的金属是由在馈线的右上方添加三个弯曲的矩形金属贴片，在三个弯曲的矩形金属贴片左侧添加一个圆形金属铁片，在圆形金属铁片中心蚀刻一个圆形槽，形成一个ok形状，在ok形状下面有一个“l”型金属贴片。在微带馈线的底部右侧添加一个“t”型金属贴片；在微带馈线的顶部右侧增加了一个矩形贴片；在微带馈线的左侧有一个l形枝节，l形枝节的顶部蚀刻一个矩形槽。最后将整个辐射体围绕介质基板中心旋转180
°
得到另一部分金属辐射体，在介质基板中间部分添加一个“z”型金属贴片；所述微带线由金属材质组成加载在介质基板顶部，微带线结构设有馈电点。
7.作为优选，所述长方体作为介质基板，微带线用于天线的馈电。在金属右侧处增加一个“t”型金属贴片，在介质基板上的“t”型金属贴片用于增加天线的带宽，“z”型金属贴片用于提升隔离度。
8.作为优选，所述长方体介质基板材质为fr-4，介电常数为4.4，长为80mm,宽为43mm，高度为1.6mm；印刷微带线的一面为介质基板的正面，印刷金属地板的一面则为介质基板的背面。
9.作为优选，所述的微带线居中，微带线右侧有1条“t”型金属贴片。所述的“t”型金属贴片边缘距离馈线1.5mm，长边长8mm，宽2mm；短边长6mm，宽1.5mm；所述的微带线长度为23mm，所述微带线的宽度为3mm。
10.作为优选，所述圆形贴片半径为4.5mm，位于其中心处的圆形槽半径为1.5mm，位于金属辐射体上部；所述金属辐射体上方增加一个“z”型金属贴片，其由三个矩形金属贴片组成，长度分别为7mm、7mm以及20mm，宽度均为2mm；在馈线的左侧有一个l形枝节，l形枝节的
顶部蚀刻一个矩形槽，所述矩形槽的长和宽分别为6mm和0.4mm；所述地板的长度为43mm，宽度为10.2mm。
11.作为优选，所述的“t”型金属边缘距离馈线1.5mm。
12.作为优选，所述介质基板的背面按照地板的结构进行覆锡，在介质基板的正面按照改进的金属辐射体结构和微带线结构进行覆锡。
13.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
14.(1)本发明的天线可以覆盖wifi/uwb频段，频段为2.40-2.51ghz和3.64-9.76ghz，相对带宽分别为4.48％，91.42％，在频段内天线增益在1.35-3.62dbi之间。
15.(2)在谐振频率2.45gh，3.85ghz，7.10ghz和9.40ghz的增益分别为1.62dbi，2.42dbi，2.77dbi和2.67dbi。
16.(3)本发明的天线结构简单，容易加工，制造成本低，具有通信容量高和低延迟的无线通信等优点，在移动终端应用中具有很高的实用价值。
附图说明
17.图1是本发明的结构示意图。
18.图2是本发明的结构正面示意图。
19.图3是本发明的结构背面示意图。
20.图4是本发明的天线的s11参数仿真图。
21.图5是本发明在2.45ghz下的仿真的辐射方向图。
22.图6是本发明在3.85ghz下的仿真的辐射方向图。
23.图7是本发明在7.10ghz下的仿真的辐射方向图。
24.图8是本发明在9.40ghz下的仿真的辐射方向图。
25.图9是本发明的天线仿真增益图。
具体实施方式
26.以下通过具体实施对本发明做进一步解释说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该意识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
27.如图1所示，一种用于wifi/uwb频段的多频微带mimo天线，包括一个介质基板1，所述介质基板1的顶部加载有1个改进的金属辐射体2和微带馈线3，辐射体右上方处增加三个弯曲的矩形金属贴片4，接着在矩形金属贴片左侧增加一个圆形金属贴片5，并且在圆形金属贴片的中心处开凿一个圆型槽6，在馈线顶部的右侧添加一个矩形金属贴片7，接着在馈线的左侧有一个l形枝节8，l形枝节的顶部蚀刻一个矩形槽9。在微带馈线底部的右侧添加一个“t”型金属贴片10，其作用是用于增加天线的带宽；在介质基板中间部分添加一个“z”型金属贴片11，其作用是用于增加天线的隔离度；所述介质基板底部设置有矩形地板12，所述微带线设有馈电点13，用于馈电。本发明结构简单，对天线净空区域需求小。
28.所述改进的金属辐射体由2-10形成，2处于金属辐射体的右侧，4、5和6均位于2的上方，7位于馈线3顶部的右侧，8与9均位于馈线3的左侧，10位于馈线3底部的右侧。
29.添加的“z”型金属贴片11位于介质基板的中央。
30.在本实施例中，所述微带线3的长度为9.5mm，宽度为3mm，位于介质基板的顶部；所述的t型金属贴片10边缘距离馈线1mm，长边长8mm，宽2mm；短边长6mm，宽1.5mm。
31.所述的“l”型金属贴片2由两个矩形金属贴片组成，两矩形金属贴片的长分别为14.5mm和9mm,宽分别为3mm和6mm。所述圆形贴片5的半径为4.5mm，圆形槽6的半径为1.5mm。
32.所述添加的矩形金属铁片7，其长边长度为7mm，宽度为3mm。所述金属辐射体中间增加一个“z”型金属贴片，其由三个矩形金属贴片组成，长度分别为7mm、7mm以及20mm，宽度均为2mm。
33.在馈线的左侧有一个l形枝节8，该枝节由两个矩形金属贴片组成，两矩形金属贴片的长分别为13mm和6.5mm,宽均为2mm。l形枝节的顶部蚀刻一个矩形槽9，该矩形槽的长和宽分别为6mm和0.4mm；所述地板12的长为43mm，宽为10.2mm。
34.本实施例所述的天线结构蚀刻在介质基板1上的，介质基板的材质为fr-4，介电常数4.4，高度1.6mm，一面按照微带线和改进的金属辐射体的结构进行覆锡；另一面按照地板的结构进行覆锡，作为无限大接地平面。
35.具体实现如下:
36.本实施采用电路板刻蚀技术，在厚度为1.6mm的pcb板的一面上刻蚀出图2的辐射体和微带线的结构，整个介质基板的尺寸为80mm
×
43mm
×
1.6mm，其中馈电点位置不覆锡，同时也采用该蚀刻技术在厚度为1.6mm的fr-4基板的另一面刻蚀出图3的地板结构。
37.利用电磁仿真软件ansys electronics desktop 2019.2对该系统进行仿真。s参数的结果如附图4所示，从中可以看出，仿真结果可覆盖wifi/uwb频段。设计的天线增益在1.35-3.62dbi之间，满足无线通信的要求。
38.如附图5，附图6，附图7和附图8所示仿真得到的天线二维辐射方向图。
39.如附图9所示，给出了天线的仿真增益图，在所工作的频段内增益在1.35-3.62dbi之间，提出的天线性能可以应用于多频无线通信。

技术特征：
1.一种用于wifi/uwb频段的多频微带mimo天线，包括一个长方体介质基板，其特征在于，所述长方体介质基板底部设有两块金属地板；所述介质基板顶部设有一对旋转对称的金属辐射体和微带馈线。所述改进的金属辐射体由以下过程演进而来：在微带馈线的右上方添加三个弯曲的矩形金属贴片，在三个弯曲的矩形金属贴片左侧添加一个圆形金属铁片，在圆形金属铁片中心蚀刻一个圆形槽，形成一个ok形状，在ok形状下面有一个l形的金属贴片。在微带馈线的底部右侧添加一个“t”型金属贴片；在微带馈线的顶部右侧增加了一个矩形贴片；在微带馈线的左侧有一个l形枝节，l形枝节的顶部蚀刻一个矩形槽。最后将整个辐射体围绕介质基板中心旋转180
°
得到另一部分金属辐射体，在介质基板中间部分添加一个“z”型金属贴片；所述微带线由金属材质组成，微带线结构设有馈电点。2.根据权利要求1所述的一种用于wifi/uwb频段的多频微带mimo天线，其特征在于，所述长方体作为介质基板，微带线用于天线的馈电，在介质基板上的“t”型金属贴片用于增加天线的带宽，“z”型金属贴片用于增加天线的隔离度。3.根据权利要求2所述的一种用于wifi/uwb频段的多频微带mimo天线，其特征在于，所述长方体介质基板的材质为fr-4，长为80mm，宽为43mm，高度为1.6mm；印刷改进的金属辐射体和微带线的一面为介质基板的正面，印刷金属地板的一面则为介质基板的背面。4.根据权利要求3所述的一种用于wifi/uwb频段的多频微带mimo天线，其特征在于，所述的微带线长度为23mm，宽度为3mm；在圆形金属铁片中心蚀刻一个圆形槽，所述圆形槽半径1.5mm。在其下方添加一个“l”型金属贴片，所述的“l”型金属贴片由两个矩形金属贴片组成，两矩形金属贴片的长分别为14.5mm和9mm,宽分别为3mm和6mm。在微带线的底部右侧添加一个“t”型金属贴片，所述的“t”型金属边缘距离馈线1.5mm，长边长8mm，宽2mm；短边长6mm，宽1.5mm。在微带馈线的顶部右侧添加一个矩形金属贴片，其长和宽分别为7mm和3mm。在微带馈线的左侧有一个l形枝节，该枝节由两个矩形金属贴片组成，两矩形金属贴片的长分别为13mm和6.5mm,宽均为2mm。l形枝节的顶部蚀刻一个矩形槽，长和宽分别为6mm和0.4mm；所述金属辐射体中间增加一个“z”型金属贴片，其由三个矩形金属贴片组成，长度分别为7mm、7mm以及20mm，宽度均为2mm；所述地板的长度为43mm，宽度为10.2mm。

技术总结
本发明公开了一种用于WiFi/UWB频段的多频微带MIMO天线，所述长方体介质基板底部设有一个矩形金属地板；所述长方体介质基板顶部设有一改进的金属辐射体和微带线。所述改进的金属辐射体由以下过程演进而来：在微带馈线的右上方有一个OK形状的金属辐射体，在其下方有一个“L”型金属贴片。在微带馈线底部和顶部的右侧分别添加一个“T”型金属贴片和一个矩形贴片；在微带馈线的左侧有一个L形枝节，在其顶部蚀刻一个矩形槽。最后将整个辐射体围绕介质基板中心旋转180


技术研发人员：王仲根 马永杰 杨明 聂文艳 穆伟东
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/8/5