[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN114843760A - 一种基于超材料的5g双频高隔离mimo天线 - Google Patents

一种基于超材料的5g双频高隔离mimo天线 Download PDF

Info

Publication number
CN114843760A
CN114843760A CN202210380988.3A CN202210380988A CN114843760A CN 114843760 A CN114843760 A CN 114843760A CN 202210380988 A CN202210380988 A CN 202210380988A CN 114843760 A CN114843760 A CN 114843760A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
insulating dielectric
dielectric plate
metamaterial
dual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210380988.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114843760B (zh
Inventor
王鹤鸣
郑琦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN202210380988.3A priority Critical patent/CN114843760B/zh
Publication of CN114843760A publication Critical patent/CN114843760A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114843760B publication Critical patent/CN114843760B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/10—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线，包括：第一天线与第二天线及位于第一天线与第二天线之间的第一绝缘介质板；第一天线与第二天线的结构相同，且第一天线与第二天线关于第一绝缘介质板对称设置；所述第一天线包括第二绝缘介质板、设置于第二绝缘介质板一端面上的辐射金属贴片及设置于第二绝缘介质板另一端面的金属接地板；其中第一天线与第二天线共用第二绝缘介质板，其中第一绝缘介质板垂直于第二绝缘介质板上且位于第二绝缘介质板的中心位置；第一绝缘介质板的一侧面上刻蚀有金属超材料去耦单元。根据本发明，具有结构简单加工方便，成本低，天线具有双频、全向辐射、高隔离度，成本低的优点可用于5G通信场景。

Description

一种基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线
技术领域
本发明涉及通信的技术领域，特别涉及一种基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线。
背景技术
为满足快速增长的通信业务需求，对于5G的研究已成为国内外移动通信领域的热点之一。5G波段主要分为两个方向，分别为Sub-6GHz和高频毫米波，其中Sub-6GHz是利用6GHz以下频段发展5G，主要频段包括3.4-3.6GHz以及4.8-5GHz，目前国内5G的初期建设已经确认使用这一频段，其传播范围广，适合大面积推广。在5G实现方面，许多研究者已经开始了对5G天线的研究与开发，小型化与多单元阵列天线为高速数据传输提供了可能，但同时也对天线的设计提出了挑战，密集的天线阵会带来高度耦合，造成天线间的严重的相互干扰。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线，具有结构简单加工方便，成本低，天线具有双频、全向辐射、高隔离度，成本低的优点可用于5G通信场景。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线，包括：
第一天线与第二天线及位于第一天线与第二天线之间的第一绝缘介质板；
第一天线与第二天线的结构相同，且第一天线与第二天线关于第一绝缘介质板对称设置；
所述第一天线包括第二绝缘介质板、设置于第二绝缘介质板一端面上的辐射金属贴片及设置于第二绝缘介质板另一端面的金属接地板；
其中第一天线与第二天线共用第二绝缘介质板，其中第一绝缘介质板垂直于第二绝缘介质板上且位于第二绝缘介质板的中心位置；
第一绝缘介质板的一侧面上刻蚀有金属超材料去耦单元。
优选的，辐射金属贴片包括50欧姆金属馈线、矩形环状金属线及与、矩形环状金属线相交的十字形金属线。
优选的，金属超材料去耦单元为对称设置的带内折线和底部开口的“凹”字结构。
优选的，第一绝缘介质板与第二绝缘介质板的材料均为相对介电常数4.4，损耗角0.02。
优选的，辐射金属贴片、金属接地板及金属超材料去耦单元的材料均为铜，且厚度约为0.035mm。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：该天线工作在5G通信常用的Sub-6G频段，天线结构采用双面覆铜介质基板制作而成，去耦结构采用单面覆铜介质基板制作而成，整体结构可以利用传统PCB技术加工和简单拼接实现，制作方便，成本低廉。相比与同类天线，该天线实现了双频工作的特点，并且在工作频段内耦合度极低，馈电方式简单，尺寸小，制造方便，具有很高的使用价值。
附图说明
图1为根据本发明的基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线的三维结构示意图；
图2为根据本发明的基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线的侧视图；
图3为根据本发明的基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线的双频天线单元的正面和背面结构示意图；
图4为根据本发明的基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线的超材料去耦单元结构示意图；
图5为根据本发明的基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线的在加载和不加载去耦单元时的回波损耗对比图；
图6为根据本发明的基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线的在加载和不加载去耦单元时的耦合度对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-6，一种基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线，包括：第一天线与第二天线及位于第一天线与第二天线之间的第一绝缘介质板；
第一天线与第二天线的结构相同，且第一天线与第二天线关于第一绝缘介质板对称设置，且第一天线与第二天线的中心距离为50mm；
所述第一天线包括第二绝缘介质板、设置于第二绝缘介质板一端面上的辐射金属贴片1及设置于第二绝缘介质板另一端面的金属接地板2，第二天线包括设置于第二绝缘介质板一端面上的第一辐射金属贴片3与设置于第二绝缘介质板另一端面上的第一金属接地板4；
其中第一天线与第二天线共用第二绝缘介质板，其中第一绝缘介质板垂直于第二绝缘介质板上且位于第二绝缘介质板的中心位置；
如图4，第一绝缘介质板的一侧面上刻蚀有金属超材料去耦单元5，金属超材料去耦单元5的整体尺寸为64mm×25mm×21.6mm，金属超材料去耦单元5为对称设置的带内折线和底部开口的“凹”字结构，利用双开口谐振环的超材料特性，通过内折线长度调节去耦频点，并实现小型化，在仿真软件CST Studio Suite 2020中调节单元尺寸，进行仿真优化，最终得到3.5GHz和5GHz处两个谐振频率，正好与上述设计天线所在工作频率吻合，从而提高本实例中的两个双频天线在工作频率内的隔离度。
本实例中的金属超材料去耦单元尺寸为：x1＝17.6mm，x2＝7.7mm，y1＝11.7，y2＝8mm，y3＝5.8mm，y4＝8.2mm，g1＝3mm，g2＝0.8mm。
如图3，辐射金属贴片1包括50欧姆金属馈线、矩形环状金属线及与、矩形环状金属线相交的十字形金属线，第一天线与第二天线均通过50欧姆同轴馈线输入，十字形金属线提供了垂直和水平两种不同的电流路径，使天线具有双频工作效果，经过仿真软件CSTStudio Suite 2020中仿真发现，调节w2和l2可以同时调节两个频点位置，调节l5可以调节高频频点位置，而w3和l3会影响天线阻抗匹配，通过调节天线各个尺寸参数，可使该天线工作在5G所使用的sub-6G频段中3.5GHz和5GHz两个频点附近。
本实例中的双频天线单元尺寸为：w＝0.6mm，w1＝3.1mm，w2＝9.1mm，w3＝5.45mm，l1＝4.2mm，l2＝13.7mm，l3＝7mm，l4＝3.5mm，l5＝1.4mm，gw＝16mm，gl＝10mm。
进一步的，第一绝缘介质板与第二绝缘介质板的材料均为相对介电常数4.4，损耗角0.02。
进一步的，辐射金属贴片1、金属接地板2及金属超材料去耦单元(5)的材料均为铜，且厚度约为0.035mm。
如图6所示，为本发明实例频率特性的耦合度参数。其中横坐标代表频率变量，单位为GHz，纵坐标代表耦合度变量，单位为dB。本发明基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线实例在加载超材料结构时，在3.5GHz和5GHz附近两个频点处平均耦合度均小于-25dB，最低可达-40dB，未加载超材料结构时，耦合度在-15dB左右，两个频点处耦合度分别降低了约-30dB和-25dB。
综上所述，本基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线结构简单，在5G使用的两个工作频点附近具有很高隔离度，且馈电方式简单，尺寸小，非常适合在5G通信中应用。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线，其特征在于，包括：
第一天线与第二天线及位于第一天线与第二天线之间的第一绝缘介质板；
第一天线与第二天线的结构相同，且第一天线与第二天线关于第一绝缘介质板对称设置；
所述第一天线包括第二绝缘介质板、设置于第二绝缘介质板一端面上的辐射金属贴片(1)及设置于第二绝缘介质板另一端面的金属接地板(2)；
其中第一天线与第二天线共用第二绝缘介质板，其中第一绝缘介质板垂直于第二绝缘介质板上且位于第二绝缘介质板的中心位置；
第一绝缘介质板的一侧面上刻蚀有金属超材料去耦单元(5)。
2.如权利要求1所述的一种基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线，其特征在于，辐射金属贴片(1)包括50欧姆金属馈线、矩形环状金属线及与、矩形环状金属线相交的十字形金属线。
3.如权利要求1所述的一种基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线，其特征在于，金属超材料去耦单元(5)为对称设置的带内折线和底部开口的“凹”字结构。
4.如权利要求1所述的一种基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线，其特征在于，第一绝缘介质板与第二绝缘介质板的材料均为相对介电常数4.4，损耗角0.02。
5.如权利要求1所述的一种基于超材料的5G双频高隔离MIMO天线，其特征在于，辐射金属贴片(1)、金属接地板(2)及金属超材料去耦单元(5)的材料均为铜，且厚度约为0.035mm。
CN202210380988.3A 2022-04-12 2022-04-12 一种基于超材料的5g双频高隔离mimo天线 Active CN114843760B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210380988.3A CN114843760B (zh) 2022-04-12 2022-04-12 一种基于超材料的5g双频高隔离mimo天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210380988.3A CN114843760B (zh) 2022-04-12 2022-04-12 一种基于超材料的5g双频高隔离mimo天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114843760A true CN114843760A (zh) 2022-08-02
CN114843760B CN114843760B (zh) 2023-08-22

Family

ID=82563386

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210380988.3A Active CN114843760B (zh) 2022-04-12 2022-04-12 一种基于超材料的5g双频高隔离mimo天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114843760B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120190296A1 (en) * 2010-05-28 2012-07-26 The Regents Of The University Of Michigan Miniaturized radio repeater
CN104319479A (zh) * 2014-10-16 2015-01-28 电子科技大学 一种基于超构材料的小型化超宽带mimo天线
WO2016183129A1 (en) * 2015-05-12 2016-11-17 Board Of Regents, The University Of Texas System Systems and methods incorporating spatially-variant anisotropic metamaterials for electromagnetic compatibility
KR101743920B1 (ko) * 2015-12-31 2017-06-08 인천대학교 산학협력단 이동체의 두꺼운 금속면 상의 표면전류와 자기장을 억제하여 탑재용 다중 안테나간의 격리도를 향상시키는 메타물질 기반 장치
CN106816698A (zh) * 2016-12-28 2017-06-09 重庆大学 具有高极化隔离度的双极化阵列天线
CN206727220U (zh) * 2017-05-26 2017-12-08 华东交通大学 一种基于微带馈电的小型化超宽带mimo天线
WO2018028162A1 (zh) * 2016-08-08 2018-02-15 华为技术有限公司 一种去耦组件、多天线系统及终端
CN108987947A (zh) * 2018-06-27 2018-12-11 广东通宇通讯股份有限公司 一种3d-mid技术阵列天线
CN110504541A (zh) * 2019-08-27 2019-11-26 南京邮电大学 一种用于降低mimo天线耦合度的电磁超材料结构
CN113851843A (zh) * 2021-09-02 2021-12-28 昆山睿翔讯通通信技术有限公司 一种双频mimo天线组件及移动终端

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120190296A1 (en) * 2010-05-28 2012-07-26 The Regents Of The University Of Michigan Miniaturized radio repeater
CN104319479A (zh) * 2014-10-16 2015-01-28 电子科技大学 一种基于超构材料的小型化超宽带mimo天线
WO2016183129A1 (en) * 2015-05-12 2016-11-17 Board Of Regents, The University Of Texas System Systems and methods incorporating spatially-variant anisotropic metamaterials for electromagnetic compatibility
KR101743920B1 (ko) * 2015-12-31 2017-06-08 인천대학교 산학협력단 이동체의 두꺼운 금속면 상의 표면전류와 자기장을 억제하여 탑재용 다중 안테나간의 격리도를 향상시키는 메타물질 기반 장치
WO2018028162A1 (zh) * 2016-08-08 2018-02-15 华为技术有限公司 一种去耦组件、多天线系统及终端
CN106816698A (zh) * 2016-12-28 2017-06-09 重庆大学 具有高极化隔离度的双极化阵列天线
CN206727220U (zh) * 2017-05-26 2017-12-08 华东交通大学 一种基于微带馈电的小型化超宽带mimo天线
CN108987947A (zh) * 2018-06-27 2018-12-11 广东通宇通讯股份有限公司 一种3d-mid技术阵列天线
CN110504541A (zh) * 2019-08-27 2019-11-26 南京邮电大学 一种用于降低mimo天线耦合度的电磁超材料结构
CN113851843A (zh) * 2021-09-02 2021-12-28 昆山睿翔讯通通信技术有限公司 一种双频mimo天线组件及移动终端

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BO YIN等: "A Metasurface Wall for Isolation Enhancement: Minimizing mutual coupling between MIMO antenna elements", vol. 62, no. 1, XP011770782, DOI: 10.1109/MAP.2019.2943299 *
尹波等: "基于FSS 的紧凑型微基站天线" *
王彬彬;姜文;龚书喜;: "应用于WLAN的双频段MIMO天线设计", 微波学报, no. 2 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114843760B (zh) 2023-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113097716B (zh) 一种采用基片集成波导技术的宽带圆极化端射天线
CN215600567U (zh) 一种加载寄生结构的宽带贴片天线
CN112886234B (zh) 一种基于嵌入式结构的微波毫米波共面共口径天线
CN113113762B (zh) 一种双频双极化共口径基站天线、移动通信系统
WO2019223318A1 (zh) 室内基站及其pifa天线
CN115732925A (zh) 一种毫米波双频分别馈电的双极化天线阵列
CN106356618B (zh) 一种微波高频段双极化小基站平板天线
WO2021212277A1 (zh) 双频双极化天线
CN111600115B (zh) 宽带双频的双极化滤波基站天线
CN114597636A (zh) 一种宽频超低轮廓双极化天线
CN109742539B (zh) 一种具有宽带及滤波特性的贴片天线
CN109802225B (zh) 一种微带滤波天线
CN113839187B (zh) 一种寄生单元加载的高增益双频微带天线
CN117013239A (zh) 一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列
CN113794043B (zh) 一种双频双极化滤波基站天线
CN115911890A (zh) 一种用于毫米波手机终端的双频双极化磁电偶极子天线阵列
CN114843760A (zh) 一种基于超材料的5g双频高隔离mimo天线
CN116759816B (zh) 基于基片集成波导的双频双极化天线
CN221747477U (zh) 一种三频段天线组件和光纤到房间接入设备
CN221928557U (zh) 一种缝隙天线单元、双频共口径天线阵列及通信设备
WO2024037129A1 (zh) 天线模组、天线阵列及电子设备
CN221508489U (zh) 一种天线组件和光纤到房间接入设备
TWI836991B (zh) 天線結構及天線陣列
CN115411493B (zh) 一种应用于移动终端的lte微波与毫米波共面共口径天线
CN117878624B (zh) 具有滤波特性的紧耦合相控阵天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant