CN104716430B - 一种具有高隔离度的双频微带天线阵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有高隔离度的双频微带天线阵，属于天线设计技术领域。该双频微带天线阵包括介质基板、微带天线单元和C型微带谐振器；所述C型微带谐振器设置在微带天线单元之间；C型微带谐振器是一个半波长谐振器；双频微带天线阵还包括反C型缺陷地结构，所述反C型缺陷地结构刻蚀在介质基板反面的接地面上，反C型缺陷地结构可以产生阻带频率，反C型缺陷地结构产生的阻带频率通过改变反C型槽的长度进行调节。本发明提供的一种具有高隔离度的双频微带天线阵，可以同时在天线阵的两个工作频率上降低阵元之间的互耦，提高天线端口的隔离度，优选实施例显示，阵元之间的隔离度在两个工作频率上分别提高了10dB和17dB。

Description

一种具有高隔离度的双频微带天线阵

技术领域

本发明属于天线设计技术领域，涉及一种具有高隔离度的双频微带天线阵。

背景技术

为了适应更高的数据速率、提供更大的容量，多端口天线被广泛用于新一代的无线通信系统中。然而，在装置多天线的小尺寸无线设备中，确保天线阵元之间的高隔离度是很难实现的，尤其是对于双频天线。在这种情况下，表面波和近场会导致阵元之间的耦合。阵元之间的距离越近，互耦效应越强，并可能导致天线辐射性能的严重恶化。

近年来，各种实现紧凑阵列高隔离度的方法被提出。比如，基于电抗元件或混合耦合器的去耦网络可以增加天线端口间的隔离度，但是去耦网络可能很复杂。对于印刷天线，可以使用寄生元件、缺陷地结构(DGS)或微带线枝节等来提高隔离度。但是，大多数的高隔离度天线阵列为单频天线，难以适用于当今的双频或多频通信中。双频天线阵隔离度的提高可以通过设计更为复杂的由电感、电容串并联组成的双频去耦网络来实现，也可以由使用单频去耦技术和开关的可重构天线来实现，但是这种方法需要开关控制电路，并且两个频段不能同时工作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有高隔离度的双频微带天线阵，通过在辐射贴片之间放置一个简单的C型谐振器和在接地板上刻蚀一个反C型的缺陷地结构，提高了天线端口的隔离度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有高隔离度的双频微带天线阵，该双频微带天线阵包括介质基板、微带天线单元和C型微带谐振器；所述C型微带谐振器放置微带天线单元之间；C型微带谐振器是一个半波长谐振器，能产生一个间接的耦合路径，抵消天线阵元间的直接互耦。

进一步，所述双频微带天线阵还包括反C型缺陷地结构，所述反C型缺陷地结构用于产生阻带频率。

进一步，所述反C型缺陷地结构刻蚀在介质基板反面的接地面上。

进一步，所述反C型缺陷地结构产生的阻带频率通过改变反C型槽的长度进行调节。

进一步，所述微带天线单元为矩形微带天线，微带天线单元对称设置在介质基板的两侧，微带天线单元中含有馈电点，微带天线单元有两个工作频率。

进一步，所述矩形微带天线的左右两边均设置有两个矩形凹槽。

进一步，所述双频微带天线阵的尺寸为75mm×60mm，微带天线单元间距D为7mm。

进一步，所述C型微带谐振器的长L₅＝15mm，C型谐振器的宽L₆＝5.5mm，短枝节的长L₇＝5.8mm，短枝节线宽W₄＝1mm。

进一步，所述反C型缺陷地结构的槽宽Wd＝1mm，反C型缺陷地结构短槽的长Ld₁＝4.9mm，反C型缺陷地结构的宽Ld₂＝9mm，反C型缺陷地结构的长Ld₃＝12mm。

进一步，所述矩形微带天线的宽W₂＝18mm，矩形微带天线的长L₂＝22mm，馈电点到微带天线单元长边的距离W₃＝9mm，馈电点到微带天线单元宽边的距离L₃＝14.55mm，矩形凹槽到微带天线单元宽边的距离L₄＝2mm，矩形凹槽的宽H＝1mm，矩形凹槽的长L₈＝7mm。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种具有高隔离度的双频微带天线阵，通过在辐射贴片之间放置一个简单的C型谐振器和在接地板上刻蚀一个反C型的缺陷地结构，可以同时在天线阵的两个工作频率上降低阵元之间的互耦，提高天线端口的隔离度。

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为本发明所述的一种具有高隔离度的双频微带天线阵的结构示意图；

图2为原始双频贴片阵列的S参数；

图3为原始阵列在加载谐振器前后的S参数对比图；

图4为阻带滤波器的传输系数S₁₂随Ld₁的变化关系；

图5为原始阵列在同时加载SRR和DGS前后的S参数对比图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明提供的一种具有高隔离度的双频微带天线阵，如图1所示，该双频微带天线阵包括介质基板、微带天线单元和C型微带谐振器；所述微带天线单元对称设置在微带天线单元之间，微带天线单元为矩形微带天线，微带天线单元中含有馈电点，微带天线单元有两个工作频率。所述矩形微带天线的左右两边均设置有两个矩形凹槽。

介质基板为FR4基板，相对介电常数为4.4，厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02。双频微带天线阵的整体尺寸(W×L)为75mm×60mm，微带天线单元间距D为7mm。在没有添加阵元之间的C型微带谐振器(SRR)(见图1中的正面)和刻蚀在介质基板的反面的反C型缺陷地结构(见图1中的反面)时，原始的天线阵有两个工作频率，其S参数如图2所示。天线阵的其它尺寸为矩形微带天线的宽W₂＝18mm，矩形微带天线的长L₂＝22mm，馈电点到微带天线单元长边的距离W₃＝9mm，馈电点到微带天线单元宽边的距离L₃＝14.55mm，矩形凹槽到微带天线单元宽边的距离L₄＝2mm，矩形凹槽的宽H＝1mm，矩形凹槽的长L₈＝7mm。从图2可以看出，阵列在两个工作频率2.78GHz和4.12GHz上的耦合系数S₁₂分别约为-11dB和-22dB。

为了降低耦合、提高隔离度，在微带天线单元之间加载一个C型微带谐振器(SRR)，如图1中的正面所示。该谐振器是一个半波长谐振器，可以产生一个间接的耦合路径，抵消天线阵元间的直接互耦。图3给出了加载C型谐振器前后微带天线阵列的S参数。具体的尺寸为短枝节线宽W₄＝1mm，C型谐振器的长L₅＝15mm，C型谐振器的宽L₆＝5.5mm，短枝节的长L₇＝5.8mm。从图3可以看出在高工作频率上，微带阵列的S₁₂有着明显的降低，隔离度有明显的提升，而在低工作频率上的S₁₂几乎没有变化。

为了进一步减小低工作频率时的互耦，在介质基板的反面刻蚀一个反C型缺陷地结构(DGS)，如图1中的反面所示。该结构可以等效为一个阻带滤波器，可以产生阻带频率，反C型缺陷地结构产生的阻带频率通过改变其反C型槽的长度进行调节，通过恰当地选择DGS结构的尺寸可以获得想要的频带抑制特性。图4给出了该滤波器的传输系数S₁₂随着Ld₁的变化而变化的情况，可以看出阻带频率随着Ld₁的增加而降低。当在低工作频率2.78GHz上产生阻带，反C型DGS的尺寸为槽宽Wd＝1mm，短槽的长Ld₁＝4.9mm，反C型缺陷地结构的宽Ld₂＝9mm，反C型缺陷地结构的长Ld₃＝12mm。

利用提出的C型谐振器(SRR)和反C型缺陷地结构(DGS)，可以同时降低微带天线阵列在两个工作频率上的互耦，提高阵元间的隔离度。图5给出了加载SRR和DGS后，阵列的S参数。从图中可以明显看出，耦合系数S₁₂在2.78GHz减少了10dB，而在4.12GHz减少了17dB，天线阵的隔离度得到显著提高。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种具有高隔离度的双频微带天线阵，其特征在于：该双频微带天线阵包括介质基板、微带天线单元和C型微带谐振器；所述C型微带谐振器设置在微带天线单元之间；C型微带谐振器是一个半波长谐振器，用于产生一个间接的耦合路径，抵消微带天线单元间的直接互耦；所述双频微带天线阵还包括反C型缺陷地结构，所述反C型缺陷地结构用于产生阻带频率；所述反C型缺陷地结构产生的阻带频率通过改变反C型缺陷地结构的长度进行调节；所述微带天线单元为矩形微带天线，微带天线单元对称设置在介质基板的两侧，微带天线单元中含有馈电点，微带天线单元有两个工作频率；所述矩形微带天线的左右两边均设置有两个矩形凹槽；

所述双频微带天线阵的尺寸为75mm×60mm，微带天线单元间距D为7mm；所述C型微带谐振器的长L5＝15mm，C型微带谐振器的宽L6＝5.5mm，C型微带谐振器的短枝节的长L7＝5.8mm，C型微带谐振器的短枝节线宽W4＝1mm；所述反C型缺陷地结构的槽宽Wd＝1mm，反C型缺陷地结构短槽的长Ld1＝4.9mm，反C型缺陷地结构的宽Ld2＝9mm，反C型缺陷地结构的长Ld3＝12mm；所述矩形微带天线的宽W2＝18mm，矩形微带天线的长L2＝22mm，馈电点到微带天线单元长边的距离W3＝9mm，馈电点到微带天线单元宽边的距离L3＝14.55mm，矩形凹槽到微带天线单元宽边的距离L4＝2mm，矩形凹槽的宽H＝1mm，矩形凹槽的长L8＝7mm。

2.根据权利要求1所述的一种具有高隔离度的双频微带天线阵，其特征在于：所述反C型缺陷地结构刻蚀在介质基板反面的接地面上。