CN104157973A - 一种低耦合的双频印刷单极子天线阵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低耦合的双频印刷单极子天线阵，属于天线设计技术领域。该天线包括介质基板、双频印刷单极子天线和缺陷地结构；所述缺陷地结构能产生高、低两个阻带频段，所述双频印刷单极子天线能产生高、低两个工作频段；缺陷地结构的高、低两个阻带频段与双频印刷单极子天线的高、低两个工作频段分别对应相同。本发明的天线阵具有双频工作能力，且在两个工作频率上都具有很低的耦合度，适用于多天线通信；本发明的天线阵结构简单、尺寸紧凑、易设计加工，具有较广的应用价值。

Description

一种低耦合的双频印刷单极子天线阵
技术领域
本发明属于天线设计技术领域，特别是一种低耦合的双频印刷单极子天线阵。
背景技术
随着新一代移动通信的发展，通信系统的带宽要求越来越高，频谱资源严重不足，从而促进多输入多输出(MIMO)技术的发展。MIMO技术所用的天线是多端口天线阵列，然而天线阵列单元间的耦合是影响其性能的一个至关重要的因素。抑制或降低天线阵列的耦合系数一直都是国内外研究的热点和难点。公开的文献中已经报道了诸多方法来抑制单频工作的天线单元间的耦合，如优化阵列单元排列方式降低互耦；使用蘑菇型的电磁带隙结构来抑制表面波和耦合；在地面上加入缺陷地结构通过阻带效应来抑制两个天线间的电流，从而降低耦合；使用基于中和技术的馈电网络以及由集总参数元件或传输线构成的去耦网络等来增强阵列单元间的隔离度。然而，当今的无线通信和移动通信都存在多种通信制式或标准共存的状况，通信设备上的天线一般要求具有双频或多频工作的能力，以同时覆盖多个频段的信号。开展双频天线阵互耦效应及去耦技术的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是提供一种低耦合的双频印刷单极子天线阵，通过缺陷地结构能够降低天线间的互耦效应。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的：
一种低耦合的双频印刷单极子天线阵，包括介质基板、双频印刷单极子天线和缺陷地结构；所述缺陷地结构能产生高、低两个阻带频段，所述双频印刷单极子天线能产生高、低两个工作频段；缺陷地结构的高、低两个阻带频段与双频印刷单极子天线的高、低两个工作频段分别对应相同。
进一步的，所述双频印刷单极子天线通过接地板对称设置在介质基板两侧，所述缺陷地结构刻蚀在介质基板中间的接地板上。
进一步的，所述双频印刷单极子天线为具有相互连接的长、短两个分枝的微带线，长分枝对应低工作频段、短分枝对应高工作频段。
进一步的，所述缺陷地结构为两个具有相同宽度开口的同心圆环槽，内圆环槽产生高阻带频段，外圆环槽产生低阻带频段。
进一步的，所述缺陷地结构有一个，且开口向上刻蚀在接地板上。
进一步的，所述缺陷地结构有多个，且均开口向上竖直对齐地刻蚀在接地板上。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下的优点：
1、本发明的天线阵具有双频工作能力，且在两个工作频率上都具有很低的耦合度，适用于多天线通信；
2、本发明的天线阵结构简单、尺寸紧凑、易设计加工，具有较广的应用价值。
本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明一种低耦合的双频印刷单极子天线阵整体结构示意图；
图2为本发明的缺陷地结构示意图；
图3为本发明的缺陷地结构的阻带滤波效应；
图4为本发明一种低耦合的双频印刷单极子天线阵的S参数；
图5为本发明缺陷地结构的外圆环槽的外圆半径R1对低频段阻带的影响；
图6为本发明缺陷地结构的内圆环槽的外圆半径R3对高频段阻带的影响；
其中：1-介质基板；2-双频印刷单极子天线；2.1-长分枝；2.2-短分枝；3-缺陷地结构；3.1-外圆环槽；3.2-内圆环槽；4-接地板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图1为本发明一种低耦合的双频印刷单极子天线阵整体结构示意图，参照图1，该天线阵包括介质基板1、双频印刷单极子天线2和缺陷地结构3；所述缺陷地结构3能产生高、低两个阻带频段，所述双频印刷单极子天线2能产生高、低两个工作频段；缺陷地结构3的高、低两个阻带频段与双频印刷单极子天线2的高、低两个工作频段分别对应相同。
所述双频印刷单极子天线2通过接地板对称设置在介质基板1两侧，所述缺陷地结构3刻蚀在介质基板1中间的接地板上。
所述双频印刷单极子天线2为具有相互连接的长、短两个分枝的微带线，长分枝2.1对应低工作频段、短分枝2.2对应高工作频段。
所述缺陷地结构3为两个具有相同宽度开口的同心圆环槽，内圆环槽3.2产生高阻带频段，外圆环槽3.1产生低阻带频段。
所述缺陷地结构3有一个，且开口向上刻蚀在接地板4上。
所述缺陷地结构3有多个，且均开口向上竖直对齐地刻蚀在接地板4上。
在具体实施例中，介质基板1的材料为FR4，介电常数为4.4，厚度为1.6mm。图2为本发明缺陷地结构的示意图，参照图2，当缺陷地结构的尺寸参数：外圆环槽的外圆半径R1＝6.1mm、外圆环槽的内圆半径R2＝5.2mm、内圆环槽的外圆半径R3＝3.2mm、内圆环槽的内圆半径R4＝2.5mm、开口的宽度W＝2mm时，其阻带滤波效应如图3所示，所产生的阻带频率分别在2.5GHz和5.5GHz。在本发明的天线阵结构中，缺陷地结构可以刻蚀一个，也可以刻蚀多个；刻蚀多个缺陷地结构可以增强去耦合的效果。
本实施例的天线阵结构上刻蚀有两个缺陷地结构，参照图1，天线阵的印刷尺寸为W0＝60mm，L0＝50mm，W1＝14mm，L1＝24mm，L2＝20.5mm，L3＝4.5mm，L4＝15mm，H＝28mm。双频印刷单极子天线阵的S参数如图4所示。从图4可以看出，耦合系数S12的曲线在2.5GHz和5.5GHz两个工作频段上都有明显的凹陷，且都低于-20dB，所设计的印刷单极子天线阵阵元间具有较低的耦合度。
图5为本发明缺陷地结构的外圆环槽的外圆半径R1对低频段阻带的影响；图6为本发明缺陷地结构的内圆环槽的外圆半径R3对高频段阻带的影响。由两图可以看出，R1和R3的变化会对低频段阻带和高频段阻带产生较大的影响。如改变所述缺陷地结构的外圆环槽的外圆半径R1，从图5中可以看出对低频段阻带的影响非常大。随着R1的增大，低频段的阻带频率向低频方向移动。所述缺陷地结构的外圆环槽的内圆半径R2的变化趋势与R1的变化趋势基本一样。如改变所述缺陷地结构的内圆环槽的外圆半径R3，从图6中可以看出对高频段阻带的影响非常大。随着R3的增大，高频段的阻带频率向低频方向移动。所述缺陷地结构的内圆环槽的内圆半径R4的变化趋势与R3的变化趋势基本一样。因此，通过调节缺陷地结构的尺寸可以获得相应的两个阻带频率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种低耦合的双频印刷单极子天线阵，包括介质基板、双频印刷单极子天线和缺陷地结构；其特征在于：所述缺陷地结构能产生高、低两个阻带频段，所述双频印刷单极子天线能产生高、低两个工作频段；缺陷地结构的高、低两个阻带频段与双频印刷单极子天线的高、低两个工作频段分别对应相同。
2.根据权利要求1所述的一种低耦合的双频印刷单极子天线阵，其特征在于：所述双频印刷单极子天线通过接地板对称设置在介质基板两侧，所述缺陷地结构刻蚀在介质基板中间的接地板上。
3.根据权利要求2所述的一种低耦合的双频印刷单极子天线阵，其特征在于：所述双频印刷单极子天线为具有相互连接的长、短两个分枝的微带线，长分枝对应低工作频段、短分枝对应高工作频段。
4.根据权利要求2所述的一种低耦合的双频印刷单极子天线阵，其特征在于：所述缺陷地结构为两个具有相同宽度开口的同心圆环槽，内圆环槽产生高阻带频段，外圆环槽产生低阻带频段。
5.根据权利要求4所述的一种低耦合的双频印刷单极子天线阵，其特征在于：所述缺陷地结构有一个，且开口向上刻蚀在接地板上。
6.根据权利要求4所述的一种低耦合的双频印刷单极子天线阵，其特征在于：所述缺陷地结构有多个，且均开口向上竖直对齐地刻蚀在接地板上。
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