CN112670715A

CN112670715A - 一种天线

Info

Publication number: CN112670715A
Application number: CN202110078354.8A
Authority: CN
Inventors: 王来军
Original assignee: Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本申请提供了一种天线，所述天线从上到下依次包括人工电磁材料透镜和MIMO天线；所述人工电磁材料透镜，包括多个金属片和介质基板，所述金属片位于介质基板的上表面或下表面；所述多个金属片沿x方向尺寸和间距相同，沿y方向由中心到边缘的尺寸相同、间距递减，以实现y方向由中心到边缘递增的折射率分布；所述MIMO天线设置在所述人工电磁材料透镜的正下方，用于发射电磁波。

Description

一种天线

技术领域

本发明涉及天线领域，具体涉及一种宽波束、高隔离度MIMO天线。

背景技术

随着无线通信技术的发展，特别是定位技术和空间感知技术的发展，需要天线具有较宽的波束宽度。而传统的天线比如微带天线实现宽波束的方法是调节辐射贴片上的电流分布，其具有较复杂的工作机理，工程师在短时间内较难实现。

MIMO(多输入多输出)天线作为一种常见的天线形式，应用在通信领域的方方面面。其通常强调MIMO天线单元之间具有较高的隔离度。而传统的天线经常很难满足实际天线的需求。传统增加隔离度的方法如：增加去耦结构等往往限制了天线带宽。

发明内容

本发明的目的是提供一种天线，所述天线从上到下依次包括人工电磁材料透镜和MIMO天线；

所述人工电磁材料透镜，包括多个金属片和介质基板，所述金属片位于介质基板的上表面或下表面；

所述多个金属片沿x方向尺寸和间距相同，沿y方向由中心到边缘的尺寸相同、间距递减，以实现y方向由中心到边缘递增的折射率分布；

所述MIMO天线设置在所述人工电磁材料透镜的正下方，用于发射电磁波。

在一个可能的实现方式中，所述金属片的形状包括多边形或椭圆形或工字形或环形中的任意一种或多种的组合。

在一个可能的实现方式中，所述MIMO天线为单线极化天线、双线极化天线、圆极化天线或双圆极化天线的任意一种。

在一个可能的实现方式中，所述MIMO天线的排布方式为线阵，其沿着x方向一字排开，所述MIMO天线的中心位于xoz平面上。

在一个可能的实现方式中，所述人工电磁材料透镜上方还设置有一介质片。

在一个可能的实现方式中，所述人工电磁材料透镜下方还包含一层介质片。

在一个可能的实现方式中，所述介质片包括玻璃、塑料、陶瓷、PCB中的任意一种材料。

在一个可能的实现方式中，所述MIMO天线的排布方式为面阵，MIMO天线的中心位于xoz平面上。

另一方面，本申请提供了一种通信设备，包括权利要求1至7中任一项所述的天线。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列有益效果：

本申请提供的天线通过在介质基板上设置多个金属片，且金属片位于介质基板的上表面或下表面。其沿x方向设置尺寸相同、间距相同的金属片，沿y方向由中心到边缘设置尺寸相同、间距递减的金属片，能够实现y方向由中心到边缘递增的折射率分布。能够让y方向上天线的口面场相位由中心到边缘具有较陡峭的变化趋势，进而实现天线方向图yoz面的宽波束及MIMO天线的高隔离。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中天线的结构示意图；

图2为本发明实施例中人工电磁材料透镜的结构示意图；

图3为本发明另一实施例中天线的结构示意图；

图4为本发明另一实施例中人工电磁材料透镜的结构示意图；

图5为本发明实施例仿真的S参数结果图；

图6为本发明另一实施例仿真的S参数结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本申请提供了一种天线，所述天线从上到下依次包括人工电磁材料透镜和MIMO天线；所述人工电磁材料透镜，包括多个金属片和介质基板，所述金属片位于介质基板的上表面或下表面；所述多个金属片沿x方向尺寸和间距相同，沿y方向由中心到边缘的尺寸相同、间距递减，以实现y方向由中心到边缘递增的折射率分布；所述MIMO天线设置在所述人工电磁材料透镜的正下方，用于发射电磁波。人工电磁材料也称超材料，能够在传统材料基础上设计特殊电磁结构，实现特有的介电常数和磁导率。进而能够改变电磁波的传播特性。本申请通过在介质基板上设置多个金属片，且金属片位于介质基板的上表面或下表面。其沿x方向设置尺寸相同、间距相同的金属片，沿y方向由中心到边缘设置尺寸相同、间距递减的金属片，能够实现y方向由中心到边缘递增的折射率分布。能够让y方向上天线的口面场相位由中心到边缘具有较陡峭的变化趋势，进而实现天线方向图yoz面的宽波束及MIMO天线的高隔离。

以下结合图1至图6对本发明做进一步详细阐述。

图1为本发明实施例的3D结构图。包括：人工电磁材料透镜1、MIMO天线2。其中MIMO天线为2*2天线，天线形式为微带天线，工作模式为TM01模式。微带天线包括第一辐射贴片2011、第二辐射贴片2012、第三辐射贴片2013、第四辐射贴片2014、介质基板202、地板203、第一激励点2041、第二激励点2042、第三激励点2043和第四激励点2044。激励点均位于对应辐射贴片的中轴线上。辐射贴片、地板203和介质基板202的形状均为长方体。图2为人工电磁材料透镜1结构示意图，包括一系列金属贴片101和基底102，且金属贴片101位于基底102的上表面。其中，金属贴片101的形状为正方形；基底102为塑料材料PPO，其为长方体结构。人工电磁材料透镜1下表面和介质基板202的上表面平行，且介质基板202的中心和人工电磁材料透镜层1的中心连线垂直于人工电磁材料透镜1的下表面和介质基板202的上表面。优选的，人工电磁材料透镜1和介质基板202之间的最短间距为二分之一波长。x方向上，设置尺寸相同的金属贴片101，但从中心到两侧相邻金属贴片具有递减的间距分布，其能够修改馈源天线口面场x方向上的相位分布，使得口面场相位从中心到两侧具有更为陡峭的相位变化趋势，因此能够增加天线xoz面的波束宽度；y方向上，相邻金属贴片101具有相同的间距，且具有相同尺寸。

实施例二

图3为本发明实施例的3D结构图。包括：人工电磁材料透镜1、MIMO天线2、介质片3。其中MIMO天线为2*2天线，天线形式为微带天线，工作模式为TM01模式。微带天线包括第一辐射贴片2011、第二辐射贴片2012、第三辐射贴片2013、第四辐射贴片2014、介质基板202、地板203、第一激励点2041、第二激励点2042、第三激励点2043和第四激励点2044。激励点均位于对应辐射贴片的中轴线上。辐射贴片、地板203和介质基板202的形状均为长方体。介质片3位于人工电磁材料透镜1的正上方，形状为长方体，且下表面和人工电磁材料透镜1的上表面重合。介质片的材质可以为玻璃、塑料、陶瓷、PCB中的任意一种材料。在一个示例性的实现方式中，其材料为玻璃，介电常数为7.8，厚度0.55mm。图4为人工电磁材料透镜1结构示意图，包括一系列金属贴片101和基底102，且金属贴片101位于基底102的上表面。其中，金属贴片才101的形状为正方形；基底102为塑料材料PPO，其为长方体结构。人工电磁材料透镜1下表面和介质基板202的上表面平行，且介质基板202的中心和人工电磁材料透镜层1的中心连线垂直于人工电磁材料透镜1的下表面和介质基板202的上表面。优选的，人工电磁材料透镜1和介质基板202之间的最短间距为二分之一波长。x方向上，设置尺寸相同的金属贴片101，但从中心到两侧相邻金属贴片具有递减的间距分布，其能够修改馈源天线口面场x方向上的相位分布，使得口面场相位从中心到两侧具有更为陡峭的相位变化趋势，因此能够增加天线xoz面的波束宽度；y方向上，相邻金属贴片101具有相同的间距，且具有相同尺寸。需要说明的是，金属片的形状不局限于上述实施例中例举的内容，其形状包括多边形或椭圆形或工字形或环形中的任意一种或多种的组合。

图5为本实施例仿真的S参数结果图，可见S11＜-10dB带宽为59.3～60.7GHz，隔离均大于23.3dB，具有较高的隔离度。

图6为本实施例仿真的xoz面的方向图，可见xoz面增益大于-3dBi的波束宽度为-63～61度，具有较宽的波束宽度。

基于相同的方面构思，本实施例还提供了一种通信设备，包括实施例一至实施例二任意一个实施例中所述的宽波束天线及通信设备。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性地，本申请的真正范围和精神由上述的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种天线，其特征在于，所述天线从上到下依次包括人工电磁材料透镜和MIMO天线：

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述金属片的形状包括多边形或椭圆形或工字形或环形中的任意一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述MIMO天线为单线极化天线、双线极化天线、圆极化天线或双圆极化天线的任意一种。

4.根据权利要求1至3任意所述的天线，其特征在于，所述MIMO天线的排布方式为线阵，其沿着x方向一字排开，所述MIMO天线的中心位于xoz平面上。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述人工电磁材料透镜上方还设置有一介质片。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述人工电磁材料透镜下方还包含一层介质片。

7.根据权利要求5或6所述的天线，其特征在于，所述介质片包括玻璃、塑料、陶瓷、PCB中的任意一种材料。

8.根据权利要求1至3任一所述的天线，其特征在于，所述MIMO天线的排布方式为面阵，MIMO天线的中心位于xoz平面上。

9.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的天线。