CN102570029A - 一种提高叠层天线隔离度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于天线应用基础领域，尤其涉及一种提高叠层天线隔离度的方法。一种提高叠层天线隔离度的方法，该方法包括以下步骤：1）通过实际测试，确定两个叠层天线的特性；2）通过实际测试，确定叠层天线间产生耦合的主要位置；3）将叠层天线间电磁波的主要传输路径设计为金属化的过孔，变为仿传输线路径。本发明的优点在于：1、改善了天线间的电磁干扰：该方法改变了叠层天线中顶层天线与底层天线间的耦合，基本能够在不破坏天线辐射特性条件下，提高叠层天线之间的隔离度。2、结构简单：本发明采用的过孔金属化结构，不破坏导航系统的布局。3、可实施性好，便于工程实施。
Description
技术领域
本发明属于天线应用基础领域，尤其涉及一种提高叠层天线隔离度的方法。
背景技术
随着电子和通信技术的发展，各种功能的无线电设备的应用日益广泛。尤其是为了满足通信、导航、小型化等需要，系统上天线的数量增加，多部天线在很小的区域内同时工作，造成了严重的电磁干扰。电磁干扰的主要传输途径是天线之间的耦合。为了实现各天线间的正常工作，避免相互干扰，要求减小天线间的有害耦合。因此，提高天线隔离度已成为实现电子系统兼容工作的前提条件。在实际工程中，要求所采取的提高隔离度的措施应尽量可操作性强，且尽量少占用系统的空间。
发明内容
本发明的目的正是针对这一技术问题提出的一种提高叠层天线隔离度的方法，该方法的特点是原理简洁、解决问题简便、工程可实施性好。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种提高叠层天线隔离度的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1）通过实际测试，确定两个叠层天线的特性；
2）通过实际测试，确定叠层天线间产生耦合的主要位置；
3）将叠层天线间电磁波的主要传输路径设计为金属化的过孔，变为仿传输线路径。
作为进一步的优选，上述的步骤1）中确定的叠层天线的特性包括：叠层天线的位置、工作频率、工作带宽、受扰频点或受扰频段和天线辐射特性。
进一步地，在所述步骤3）后继续进行以下：在计算机中建立仿真模型，进行数值仿真运算，对比天线隔离度结果。
本发明的优点在于：
1、改善了天线间的电磁干扰：该方法改变了叠层天线中顶层天线与底层天线间的耦合，基本能够在不破坏天线辐射特性条件下，提高叠层天线之间的隔离度；
2、结构简单：本发明采用的过孔金属化结构，不破坏导航系统的布局；
3、可实施性好，便于工程实施。
附图说明
图1为工程问题的简化模型。
图2为本发明提出的过孔金属化的方法提高隔离度的示意图。
图3为对图1所示问题，应用本发明方法前后两天线间S12参数变化的情况。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对本发明作进一步说明：
本发明为一种提高叠层天线隔离度的方法，其基于减少叠层天线之间耦合的相关理论，包括建模仿真和运算，根据计算结果进行合理设计，该方法的具体步骤为：
① 采用实际测试的方法，确定两个叠层天线的特性，包括叠层天线的位置、工作频率、工作带宽、受扰频点或受扰频段和天线辐射特性；
② 通过实际测试，确定叠层天线间产生耦合的主要位置；
③ 根据叠层天线间产生耦合的主要位置，依据实际所需隔离度要求，对叠层天线间的电磁波的主要耦合位置上的过孔采用金属化设计。
对主要传输路径上的过孔采用金属化设计的相关理论陈述如下：
天线间的隔离度是导航系统兼容的主要参数，用来表征天线间的耦合强弱程度。它定义为一个天线发射功率与另一个天线所接收功率之比，用dB表示。根据网络思想，将两天线以及两天线之间的传输路径等效为一个二端口互易网络，两天线的馈点端作为网络的两个端口，一个端口接信号源，另一个端口接负载。天线的隔离度可表示为：信号源的最大输出功率Pa与负载吸收功率Pl的比值，即隔离度IDL用对数可表示为：
IDL(dB)=10log│Pa／Pl│ ①
进一步计算，用散射S参数可将上式表示为：.
IDL(dB)=20log│S12│ ②
其中，S12表示天线两端口间的传输系数；在互易网络中S12=S21。
利用传输线计算工具TXLINE,将阻抗设置为50Ω，芯线直径为0.82mm，电长度为3mm，计算得对应的通孔直径为1.9mm。
在导航系统中，鉴于空间和便携的考虑，要求所采取的隔离度改进方法，应能在较宽频带内实现叠层天线间良好隔离的前提下，尽量不增加系统的尺寸和重量。所以对叠层天线间的耦合情况进行变更设计就成为了研究的感兴趣的方法。
本发明对叠层天线中的顶层天线通过底层天线时的路径进行了变更，设计成金属化的过孔结构，并对过孔的具体尺寸进行设计。这样便可将顶层天线通过底层天线时的电磁干扰降到最低，从而在尽量保障天线辐射不改变的情况下，提高了天线间的隔离度。金属过孔结构具体说明见图2。
④ 在计算机中，使用以有限元算法（FEM）为基础的HFSS电磁
仿真软件，建立待分析的两个天线的仿真模型。在该软件中对所建模型进行计算，观察隔离度变化。通过反复计算从而确定通孔的尺寸。
下面通过所建模型具体说明：
如图1所示，一对微带收发天线，工作频率分别为1.616GHz和2.492GHz，叠层安装在导航系统中（1.616GHz为发射天线，在底层；2.492GHz为接收天线，在顶层；两天线成90°放置），用于导航系统的定位及信号传输。发射天线发射的电磁波1经过空中的卫星接收，经过信号处理后，发射电磁波2给接收天线，从而确定目标所处位置（信号传输同理）。此过程要求，发射天线泄漏到接收天线的电磁能量3应尽可能小。现有天线间隔离度约为-10dB附近，要求应尽可能达到-25dB或者更高。以下分析研究基于上述模型。
建立上述问题的简化模型（如图2所示）：发射天线的工作频率设置为1.616GHz，则相应波长约为185mm；设两天线距离为3.5mm（两介质天线的中心距离）。在该模型中XY平面采用对称H边界，且左右对称；在模型中所示的贴片（位于图中两天线的上表面）长、宽分别是33.6*33.36mm和19*18.4mm。
经HFSS电磁仿真软件计算发现：在通孔直径≤1.9mm时，随着过孔半径的增加，隔离度也在增加；但是通孔直径=2.0mm时，隔离度急剧变差为-4.7 dB；所以选择D=1.9mm的结构。
图3为应用本发明方法前后两个叠层天线间S12参数变化情况。其中：黑色（——）的为未采用本方法时的S12参数曲线，1616点的值为-5.6dB，而绿色（….）、红色（ ）、蓝色（_.._）曲线分别表示过孔直径为1.8，1.9，2.0mm时的S12参数曲线，1616点的值分别为-30.5 dB，-36.1 dB，-4.7 dB。
Claims (3)
1.一种提高叠层天线隔离度的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1）通过实际测试，确定两个叠层天线的特性；
2）通过实际测试，确定叠层天线间产生耦合的主要位置；
3）将叠层天线间电磁波的主要传输路径设计为金属化的过孔，变为仿传输线路径。
2.根据权利要求1所述的一种提高叠层天线隔离度的方法，其特征在于：步骤1）中确定的叠层天线的特性包括叠层天线的位置、工作频率、工作带宽、受扰频点或受扰频段和天线辐射特性。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高叠层天线隔离度的方法，其特征在于：在所述步骤3）后继续进行在计算机中建立仿真模型，进行数值仿真运算，对比天线隔离度结果。
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