本發(fā)明涉及一種多端口饋電的MIMO天線，尤其是涉及一種基于開口縫隙的三端口MIMO天線。

背景技術：

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系統(tǒng)利用多天線的空間分集技術，提高了通信系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。多端口MIMO天線通過不同端口同時工作實現(xiàn)多輸入多輸出技術，而多個開口縫隙的組合是實現(xiàn)多端口工作的常用方法。開口縫隙天線具有結構簡單、寬頻帶、低導體損耗、輻射單元和饋電網絡具有較好隔離特性等優(yōu)點，它同時具有低剖面、體積小、易與其他電路或系統(tǒng)的表面集成的特點[Akhavan H G,Mirshekar-Syahkal D.Study of coupled slot antennas fed by microstrip lines[C].IEE conference publication.Institution of Electrical Engineers,1997:1.290-1.293.]。

目前已有多種應用于MIMO系統(tǒng)的基于縫隙結構的多端口天線。如文獻[Karimian R,Oraizi H,Fakhte S,et al.Novel F-shaped quad-band printed slot antenna for WLAN and WiMAX MIMO systems[J].Antennas and Wireless Propagation Letters,IEEE,2013,12:405-408.]是F形縫隙結構構成的WLAN/WiMAX多端口MIMO天線的設計與研究多頻天線，且具有4個對稱饋電端口，同時實現(xiàn)了具有分集性能的MIMO天線，但這種結構天線的隔離度較小，其值不到20dB。文獻[Vallecchi A,Gentili G B.Design of dual-polarized series-fed microstrip arrays with low losses and high polarization purity[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2005,53(5):1791-1798.]提出了一種利用耦合饋電的多個H形縫隙串接的多極化天線,但天線結構復雜，且為雙向輻射。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡單，同時在工作頻段具有較高的端口隔離度和良好的方向性，適用于WLAN頻段的MIMO系統(tǒng)中的基于開口縫隙的三端口MIMO天線。

基于開口縫隙的三端口MIMO天線，包括介質基板，所述介質基板設有上層和下層2個圓形介質基板，2個圓形介質基板之間通過3根同軸線相連，3根同軸線互成120°角對稱分布，同軸線的外導體將下層介質基板的下表面金屬層和上層介質基板的下表面三個扇形金屬層相連，同軸線的內導體與上層介質基板的上表面的金屬條狀層連接；下層介質基板的下表面涂覆有金屬層；上層介質基板的下表面涂覆有金屬層，該金屬層由3條長條形縫隙等分為三個扇形區(qū)域，每個扇形區(qū)域沿弧邊的邊緣向內延伸開有一個矩形縫隙，上層介質基板的上表面涂覆有3個回旋鏢形條狀金屬層，3個回旋鏢形條狀金屬層互成120°角對稱分布。

進一步：

所述下層介質基板為圓盤形結構，半徑為45～61mm，厚度為1.1～1.3mm，相對介電常數(shù)為3.0～3.4，損耗角正切值不大于0.005；所述上層介質基板也為圓盤形結構，半徑為39～45mm，厚度與下層介質基板相同；所述下層介質基板與上層介質基板之間的距離為2.4～3.2mm；所述3根同軸線的外導體直徑為2.8～3.6mm，內導體直徑為0.7～1.1mm。

所述各同軸線的饋電端口的中心到下層介質基板中心的距離為30.0～35.8mm。

所述長條形縫隙的長度為40.4～44.4mm，寬度為1.8～2.2mm，所述矩形縫隙長度為13～17mm，寬度為2.5～3.5mm。

所述回旋鏢形的條狀金屬層均由一條長臂和一條短臂構成，長臂長度為11～15mm，寬度為2.0～3.0mm，短臂長為6.5～10.5mm，寬度同長臂的寬度，長臂的左側到上層介質基板中心的距離為29.6～33.6mm,長臂與短臂的夾角α為150°。

與現(xiàn)有技術比較，本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點和顯著的效果：

本發(fā)明為通過多個開口縫隙的組合結合同軸饋電實現(xiàn)的三端口天線。采用開口縫隙結構使得天線不僅結構簡單，同時，在工作頻段內，天線還有較高的端口隔離度和良好的方向性。本發(fā)明適用于WLAN頻段的MIMO系統(tǒng)中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的側視結構示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的下層介質基板下表面的俯視結構示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的上層介質基板下表面的俯視結構示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例的上層介質基板上表面的俯視圖。

圖5為本發(fā)明實施例天線三個端口的回波損耗曲線圖。圖5中，曲線a是天線回波損耗S11曲線；曲線b是天線回波損耗S22曲線；曲線c是天線回波損耗S33曲線。

圖6為本發(fā)明實施例的天線各個端口間的隔離度曲線圖。

圖7為本發(fā)明實施例的第一端口激勵時天線E面方向圖。

圖8為本發(fā)明實施例的第一端口激勵時天線H面方向圖。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。

參見圖1，所述基于開口縫隙的三端口MIMO天線包括下層介質基板1，上層介質基板2以及相同的三根同軸線3。所述下層介質基板1為圓盤形結構，半徑R1為48mm(可為45～61mm)，厚度H為1.2mm(可為1.1～1.3mm)，相對介電常數(shù)為3.0～3.4，損耗角正切值不大于0.005；所述上層介質基板2也為圓盤形結構，半徑R2為42mm(可為39～45mm)，厚度與下層介質基板1相同；所述的下層介質基板1與上層介質基板2之間的距離d5為2.8mm(可為2.4～3.2mm)；所述三根同軸線的外導體直徑R3為3.2mm(可為2.8～3.6mm)，內導體直徑R4為0.9mm(可為0.7～1.1mm)。

參見圖2，為下層介質基板1的下表面俯視圖。同軸線的饋電端口4、5、6在下層基板下表面的金屬層7上，它們的中心到下層介質基板1中心的距離L1為32.9mm(可為30.0～35.8mm)。

參見圖3，為上層介質基板2的下表面俯視圖。相同的3條長條形縫隙8的長度L2為42.4mm(可為40.4～44.4mm)，寬度d3為2.0mm(可為1.8～2.2mm)。所述的三個相同的矩形縫隙9、10、11的長度d1為15.0mm(可為13～17mm)，寬度d2為3.0mm(可為2.5～3.5mm)。

參見圖4，為上層介質基板2的上表面俯視圖。3個回旋鏢形條狀金屬層12、13、14結構相同，均由一條長臂和一條短臂構成，長臂長度L5為13.0mm(可為11～15mm)，寬度d4為2.5mm(可為2.0～3.0mm)，短臂長L6為8.5mm(可為6.5～10.5mm)，寬度同長臂的寬度。長臂的左側到上層介質基板2中心的距離L4為31.6mm(可為29.6～33.6mm),長臂與短臂的夾角α為150°。

參見圖5，為天線三個端口的回波損耗頻率曲線圖。由于結構對稱性，天線三個饋電端口的回波損耗曲線理論上是相同的。由曲線a1、b1和c1可見，饋電端口的-10dB回波損耗帶寬范圍為2.39～2.47GHz。

參見圖6，為天線各個端口間隔離度曲線圖。在工作頻帶2.39～2.47GHz內，端口6和7之間的隔離度，如曲線a2所示，在工作頻帶內其值大于20dB，端口6與端口8之間的隔離度，如曲線b2所示，其值大于20dB，端口7與端口8之間的隔離度，如曲線b2所示，其值大于20dB。

圖7～8為天線第一端口分別激勵(另兩個端口接匹配負載)時的方向圖。圖7為饋電端口4(或5或6)激勵時天線的E面方向圖，圖8為饋電端口4(或5或6)激勵時天線的H面方向圖。主輻射方向垂直于天線元所在的平面并沿Z軸正半軸方向,增益最大值達到8dBi,天線的主瓣寬度約60度。