基于HFSS的五陷波四端口超宽带天线的设计

针对超宽带(ultra wide band, UWB)多输入输出(multiple-input multiple-output, MIMO)天线存在陷波数量少，尺寸较大及隔离度不高等缺陷，提出了一种具有五陷波的四端口超宽带天线。天线采用共面波导馈电(co-planar waveguide feed, CPW)，由葫芦型辐射贴片、缺陷接地面和解耦结构共同组成，工作带宽为3.06~10.6 GHz。通过蚀刻两个帽子型槽、一个圆底烧瓶型槽和一对缺口类C型槽，以及在馈线两侧添加一对C型寄生贴片，实现包括全球微波接入互联(world interoperability for microwave access, WIMAX)波段(3.3~3.6 GHz)、国际移动通信系统(IMT-2020 (5G))通信波段(4.84~4.98 GHz)、WLAN部分频段(5.725~5.825 GHz)、X下行波段(7.25~7.75 GHz)和X上行波段(7.9~8.4 GHz)在内的五个陷波。经过仿真与实测的对比，天线在通信频段内存在五个陷波频段，实测值存在频偏等现象，但隔离度、包络相关系数(envelope correlation coefficient, ECC)和分集增益(diversity gain, DG)等性能指标均符合要求。

近年来，超宽带(ultra wide band, UWB)天线凭借着其高速率、低发射功率、低成本等优点而得到广泛研究[1]。由于超宽带技术发射功率低，仅适用于短距离通信，而多输入多输出(multiple-input multiple- output, MIMO)系统提升了通道容量和数据速率， 同时充分发挥MIMO 技术的抗多径衰落优势， 有效弥补UWB 系统无法远距离传输的缺点，因此将UWB 技术和MIMO 系统相结合[2]。为了抑制UWB-MIMO天线工作带宽内如WiMAX (3.3~3.6 GHz)、WLAN 波段(5.725~5.825 GHz)、X 波段下行频率(7.25~7.75 GHz)、X 波段上行频率(7.9~8.4 GHz)等窄带的干扰[3] [4]，需要实现天线的多陷波功能。多端口天线面临着隔离度问题，常用的提高隔离度的方法包括分集法[5]、使用缺陷接地结构[6]、添加寄生枝节[7]、使用电磁带隙结构[8]等。

通过对文献的阅读， 例如文献[9]将四个超宽带天线单元正交布置， 利用接地面突出枝节并引入“卍”形寄生枝节有效提高了隔离度。文献[10]实现了双端口和四端口天线的仿真与实测，通过U 形槽和一对“工”字形寄生贴片， 在超宽带基础上实现双陷波功能。

文献[11]中由一对叶子状组成的单极子天线超宽带功能，将四个天线单元正交放置组成四端口超宽带天线。文献[12]在辐射贴片上蚀刻C 形槽，实现了双端口超宽带天线的单陷波功能。

文献[13]将八边形作为辐射贴片实现超宽带功能， 组成四端口超宽带天线。基于对以上文献的阅读，发现对于多端口超宽带天线存在着陷波数目较少的问题。

为了实现弥补以上文献中多端口超宽带天线存在的陷波数较少的问题。本文提出了一种具有五陷波特性的UWB-MIMO 天线。本文采用削顶葫芦型贴片作为辐射结构，通过在辐射贴片上蚀刻两个帽子型槽和一个倒置的圆底烧瓶型槽，并在接地板上挖去一对缺口类C 型槽以及在馈线两边加入一对C 型谐振器的方式实现五陷波特性。为了提高天线隔离度，将四个单极子天线正交放置，并在介质板上下两面分别引入带槽十字枝节和带槽圆形贴片。仿真与实测结果表明，该天线引入了五个陷波，隔离度等性能也符合要求。