CN102280695A - 低耦合小间距的微带阵列天线 - Google Patents

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陈念
叶声
金荣洪
耿军平
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Abstract

一种无线通信技术领域的低耦合小间距的微带阵列天线，包括：介质板、两个辐射阵列单元、微带去耦合单元、接地板和两个馈电原件，两个辐射阵列单元和微带去耦合单元均贴附于介质板的一侧，第一辐射阵列单元和第二辐射阵列单元分别与第一馈电原件和第二馈电原件连接，两个馈电原件与接地板连接，接地板设置于介质板的另一侧。本发明使用传统的微带线作为去耦合单元，易共形，结构简单，并且能更好地改善耦合，隔离度高。

Description

低耦合小间距的微带阵列天线
技术领域
本发明涉及的是一种无线通信技术领域的装置，具体是一种低耦合小间距的微带阵列天线。
背景技术
随着通信技术的高速发展，人们对于高速无线通信提出了更高的要求。MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)技术在发射端和接收端分别采用多个天线，能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱的利用率，它突破了传统的理论认为多径信号是系统的干扰必须加以抑制的局限，而充分地利用了多径信号，是下一代无线通信的一个研究热点。然而基于MIMO技术的阵列天线要求单元间有较高的隔离度，单元间距一般大于一个工作波长以降低天线间的相关性，这势必导致天线系统的体积过于庞大，小间距的阵列天线是解决办法之一。现有的小间距天线阵列一般由单极子天线或平面倒F天线实现，天线阵列下端接一去耦合网络，通过特征模分析等方法可计算出令网络输出信号去耦合化的相关参数值，然后网络可由集总参数元件或分布元件实现。这样理论上可实现天线间超低耦合，但却是以牺牲天线系统体积为代价的。但在有限空间内放置多个天线，天线间的互耦即一个天线的能量经近场辐射耦合到邻近天线上比较严重，尤其是天线形式为平面微带天线情况下，这是由于微带天线间有较强的表面波传播的缘故，解决的方法是在天线的接地板间开槽，人为地增加天线间的辐射场来抵消原天线间的近场耦合。这个结构往往设计过于复杂，且会产生辐射泄漏。因此，低耦合的小间距微带阵列天线的研究具有十分重要的意义。
经过对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号：CN200810064729.X，专利公开号：CN 101316008A，发明专利名称为：具有高隔离低相关特性的MIMO移动终端多天线，该天线主体为双层介质结构，贴片天线位于上层介质的上表面，在其下表面为下地板，通过在下地板中设置哑铃型的开口，能够显著提高贴片间的隔离度，然而在地板上开口将引起后向辐射，天线的屏蔽性会受到影响。中国专利申请号CN200480008890.5，专利公开号：CN1768448A，发明专利名称为：相控阵天线和单元间互耦控制方法，该天线在天线单元间互耦信号的通路内设置了介质分隔器，能够有效地降低天线间耦合系数，然而这种方法是以增大天线体积作为代价的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种低耦合小间距的微带阵列天线，该装置使用传统的微带线作为去耦合单元，易共形，结构简单，并且能够更好地改善耦合，隔离度高。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：介质板、两个辐射阵列单元、微带去耦合单元、接地板和两个馈电原件，其中：两个辐射阵列单元和微带去耦合单元均贴附于介质板的一侧，第一辐射阵列单元和第二辐射阵列单元分别与第一馈电原件和第二馈电原件连接，两个馈电原件与接地板连接，接地板设置于介质板的另一侧，两个辐射阵列单元构成双天线阵列结构。
所述的第一辐射阵列单元和第二辐射阵列单元对称放置，该辐射阵列单元为带四边形贴片的微带天线单元，两个辐射阵列单元的间距S大于1/20波长。
所述的波长是指当本发明工作时辐射于自由空间中的电磁波的波长。
所述的双天线阵列结构的长度W和宽度H均小于波长的0.3倍。
所述的微带去耦合单元设置于两个辐射阵列单元的中间，该微带去耦合单元由两条对称放置且不相交的微带线组成，微带线与辐射阵列单元不接触。
所述的微带线为U字形结构，该微带线的长度等于双天线阵列结构长度的一半，辐射阵列单元耦合到微带线上的电流相互抵消，从而降低了辐射阵列单元之间的相互耦合。
所述的馈电原件包括：内导体和外导体，其中：内导体与外导体连接，内导体与辐射阵列单元连接，外导体与接地板连接。
所述的外导体和内导体均为圆柱体。
所述的接地板的长度X和宽度Y均小于波长的0.4倍，X和Y均大于W和H。
所述的介质板为四边形。
本发明的工作原理为：两个馈电原件能够分别外接信号源，外加的激励信号分别传输到两个辐射阵列单元，两个辐射阵列单元分别独立工作，向周围空间辐射出去，实现无线通信功能。
本发明使用传统的微带线作为去耦合单元，易共形，结构简单，并且能更好地改善耦合，隔离度高。
附图说明
图1是实施例1的正面示意图。
图2是实施例1的背面示意图。
图3是本发明的仿真隔离度曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例包括：介质板1、第一辐射阵列单元2、第二辐射阵列单元3、微带去耦合单元4、接地板5、第一馈电原件6和第二馈电原件7，其中：两个辐射阵列单元2、3和微带去耦合单元4均贴附于介质板1的一侧，第一辐射阵列单元2和第二辐射阵列单元3分别与第一馈电原件6和第二馈电原件7连接，两个馈电原件6、7与接地板5连接，接地板5设置于介质板1的另一侧。
所述的第一辐射阵列单元2和第二辐射阵列单元3对称放置，该辐射阵列单元2、3为带四边形贴片的微带天线单元，两个辐射阵列单元2、3的间距S大于1/20波长，两个辐射阵列单元2、3构成双天线阵列结构12，该双天线阵列结构12的长度W和宽度H均小于波长的0.3倍，中心间距L为0.2波长。
所述的波长是指当本装置工作时辐射于自由空间中的电磁波的波长。
所述的微带去耦合单元4设置于两个辐射阵列单元2、3的中间，该微带去耦合单元4由两条对称放置且不相交的微带线组成，微带线与辐射阵列单元2、3不接触，微带线边缘与微带天线单元之间间距为0.5mm。
所述的微带线为U字形结构，该微带线的长度等于双天线阵列结构12长度的一半，辐射阵列单元2、3耦合到微带线上的电流相互抵消，从而降低了辐射阵列单元2、3之间的相互耦合。
所述的馈电原件6、7包括：内导体10和外导体11，其中：内导体10与外导体11连接，内导体11与辐射阵列单元2、3连接，外导体10与接地板5连接。
所述的外导体11和内导体10均为圆柱体，外导体11圆柱体的柱面半径为1.6mm，内导体10圆柱体的柱面半径为0.7mm。
所述的接地板5的长度X和宽度Y均小于波长的0.4倍，X和Y均大于W和H。
所述的辐射阵列单元2、3、微带去耦合单元4和接地板5均为导体。
所述的介质板1为低介电常数微波材料板，该材料板的相对介电常数为6.15，厚度为0.787mm，该介质板1为四边形。
如图3所示，所述结构的仿真S参数，图中的S11和S22为两个天线的反射损耗，低于-10dB的带宽为1.78GHz到1.79GHz，图中S21为两天线之间的耦合，在上述带宽内小于-20dB。
当本装置两个辐射阵列单元2、3的间距为1/16波长时，天线隔离度大于20dB，远优于目前工程中双天线单元间的隔离度。
本装置实现了微带阵列天线小型化，满足各种不同的要求，同时该天线具有结构简单的优点。

Claims (9)

1.一种低耦合小间距的微带阵列天线，其特征在于，包括：介质板、两个辐射阵列单元、微带去耦合单元、接地板和两个馈电原件，其中：两个辐射阵列单元和微带去耦合单元均贴附于介质板的一侧，第一辐射阵列单元和第二辐射阵列单元分别与第一馈电原件和第二馈电原件连接，两个馈电原件与接地板连接，接地板设置于介质板的另一侧，第一辐射阵列单元和第二辐射阵列单元对称放置，两个辐射阵列单元构成双天线阵列结构。
2.根据权利要求1所述的低耦合小间距的微带阵列天线，其特征是，所述的辐射阵列单元为带四边形贴片的微带天线单元，两个辐射阵列单元的间距S大于1/20波长。
3.根据权利要求1所述的低耦合小间距的微带阵列天线，其特征是，所述的双天线阵列结构的长度W和宽度H均小于波长的0.3倍。
4.根据权利要求1所述的低耦合小间距的微带阵列天线，其特征是，所述的微带去耦合单元设置于两个辐射阵列单元的中间，该微带去耦合单元由两条对称放置且不相交的微带线组成，微带线与辐射阵列单元不接触。
5.根据权利要求4所述的低耦合小间距的微带阵列天线，其特征是，所述的微带线为U字形结构，该微带线的长度等于双天线阵列结构长度W的一半。
6.根据权利要求1所述的低耦合小间距的微带阵列天线，其特征是，所述的馈电原件包括：内导体和外导体，其中：内导体与外导体连接，内导体与辐射阵列单元连接，外导体与接地板连接。
7.根据权利要求6所述的低耦合小间距的微带阵列天线，其特征是，所述的外导体和内导体均为圆柱体。
8.根据权利要求1或6所述的低耦合小间距的微带阵列天线，其特征是，所述的接地板的长度X和宽度Y均小于波长的0.4倍，X和Y均大于双天线阵列结构的长度W和宽度H。
9.根据权利要求1所述的低耦合小间距的微带阵列天线，其特征是，所述的介质板为四边形。
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