CN110085997A - 一种利用电磁超表面覆盖层的mimo天线阵 - Google Patents

一种利用电磁超表面覆盖层的mimo天线阵 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，包括超表面覆盖层和天线阵层，超表面覆盖层包括上覆盖层和超表面介质层，天线阵层包括金属贴片层、天线电介质层和金属地板层，天线介质层设置于金属贴片层与金属地板层之间，超表面覆盖层与天线阵层之间设置空气层，并由支撑结构将超材料覆盖层与天线阵层分离。上覆盖层包括4行5列周期排列的20个基本单元；金属贴片层包括两个E面排布的或H面排布的同尺寸贴片单元。可以对阵元间距非常近的阵列进行去耦，对E面和H面耦合的天线阵列都有很好的去耦效果，且易于加工。

Description

一种利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵
技术领域
本发明涉及一种无线通信技术，尤其涉及一种利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，为微带MIMO天线提高隔离度的全新解决方案。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，终端之间通信所需的信道容量大幅度提高，传统的单输入单输出通信模式已经难以适应高速大容量的通信需求，MIMO技术的提出即为了解决这一问题。最近，随着5G通信技术向实用化快速发展，大规模MIMO技术被认为是解决5G通信的关键技术之一，相比于传统MIMO，大规模MIMO所需阵元数更多，同时受限于应用场景，阵元间距更小，这样天线之间的互耦效应也会增强。互耦的存在会使整个天线阵收发系统性能下降，减小阵列互耦已成为无线通信发展的关键。
目前为了解决天线间的互耦问题，提出了很多方法与技术。较为行之有效的分为如下几类：
去耦网络：在天线端口间加入由传输线或其他微波结构构成的微波网络，通过合适的参数选择，使得通过微波网络耦合到相邻天线的信号与原路径耦合的信号相互抵消，从而提高天线的隔离度。
电磁带隙结构：通过电磁带隙结构阻止耦合波的传播以减小耦合，但是由于电磁带隙结构需要多个周期而占用较大的空间，在天线阵元间隔较小时并不适用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，包括超表面覆盖层和天线阵层，所述超表面覆盖层包括上覆盖层和超表面介质层，所述天线阵层包括金属贴片层、天线电介质层和金属地板层，所述天线介质层设置于金属贴片层与金属地板层之间，所述超表面覆盖层与天线阵层之间设置空气层，并由支撑结构将所述超材料覆盖层与天线阵层分离。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，可以对阵元间距非常近的阵列进行去耦，对E面和H面耦合的天线阵列都有很好的去耦效果，且易于加工。
附图说明
图1为本发明实施例提供的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵结构示意图。
图2为本发明实施例覆盖层结构示意图。
图3为本发明实施例E面排布金属贴片层结构示意图。
图4为本发明实施例E面排布金属地板层结构示意图。
图5为本发明实施例H面排布金属贴片层结构示意图。
图6为本发明实施例H面排布金属地板层结构示意图。
图7a、图7b分别为本发明实施例E面排布天线阵未加载和加载电磁超表面实测S参数示意图。
图8a、图8b分别为本发明实施例H面排布天线阵未加载和加载电磁超表面实测S参数示意图。
图9a、图9b分别为E面排布和H面排布示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，其较佳的具体实施方式是：
包括超表面覆盖层和天线阵层，所述超表面覆盖层包括上覆盖层和超表面介质层，所述天线阵层包括金属贴片层、天线电介质层和金属地板层，所述天线介质层设置于金属贴片层与金属地板层之间，所述超表面覆盖层与天线阵层之间设置空气层，并由支撑结构将所述超材料覆盖层与天线阵层分离。
所述上覆盖层包括4行5列周期排列的20个基本单元；
所述金属贴片层包括两个金属贴片，所述两个金属贴片关于金属贴片层中心对称设置，两个金属贴片分别设有同轴馈电结构，所述两个金属贴片之间的边到边距离为2mm，每个贴片的尺寸为32mm×28mm。
所述基本单元包括一个外边长为20.8mm的正方形环缝隙，缝隙宽为1mm，单元周期间隔25mm；
所述两个金属贴片为两个E面排布的同尺寸贴片单元。
所述基本单元包括一个外边长为21.1mm的正方形环缝隙，缝隙宽为1mm，单元周期间隔25mm；
所述两个金属贴片为两个H面排布的同尺寸贴片单元。
在超表面覆盖层和天线阵层的四角分别设有通孔，所述支撑结构为尼龙隔离柱，四个尼龙隔离柱安装在四个通孔位置，将超表面覆盖层与天线阵层分离。
所述天线电介质层的介电常数为2.2，厚度为0.508mm，长度为99mm，宽度为70mm，采用RogersRT/duroid5880制成。
所述超表面介质层的介电常数为3.55，厚度1.524mm，长度125mm，宽度100mm，采用RogersRO4003C制成。
所述空气层高度为13.5mm。
上述方案中的术语解释：
1、E面排布、H面排布：
线极化贴片天线组成阵列存在两种耦合方式，一种是沿着电场方向(极化方向)耦合，也即E面耦合；一种是平行于电场方向耦合，也即H面耦合。两种耦合所对应的阵列排布即为E面排布和H面排布，图9a、图9b所示分别为E面排布和H面排布。
2、RogersRT/duroid5880、RogersRO4003C：
罗杰斯公司(ROGERS CORPORATION)生产的两款高频线路板材，型号分别为RT/duroid 5880、RO4003C。
本发明的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，针对更小的天线阵元间距，在天线阵列上方放置超表面，研究了微带天线阵在E面和H面排布时超表面的去耦效果。
可以同时提高E面和H面排布阵列，解决极近距离下天线之间的耦合消除，可以对阵元间距非常近的阵列进行去耦，对E面和H面耦合的天线阵列都有很好的去耦效果，且易于加工。
具体实施例：
实例1：
如图1-5所示，本发明所述基于超表面的去互耦天线阵，包括超表面覆盖层、空气层、和天线阵层，超表面覆盖层由上覆盖层1、超表面介质层2组成，天线阵层由金属贴片层4、天线电介质层5和金属地板层6组成，天线介质层5设置于金属贴片层4和金属地板层6之间，超表面覆盖层与天线阵层之间设置空气层3，由支撑结构7将超材料覆盖层与天线阵层分离。
本发明加工方法：
首先制作天线阵层，在介电常数为2.2，厚度为0.508mm，长度为99mm，宽度为70mm，的天线电介质层5上下两面分别刻印金属贴片层4和金属地板层6，构成天线阵层，天线电介质层采用RogersRT/duroid5880制成，天线阵层由两个金属贴片9组成，分别在port 1和port 2处通过同轴结构馈电。在天线阵层的四角对称地打4个M3通孔，通孔之间相距长75mm，宽50mm。其次制作超表面覆盖层，在介电常数为3.55，厚度1.524mm，长度125mm，宽度100mm的超表面介质层2一面刻印上覆盖层1，超表面介质层采用RogersRO4003C制成，在超表面覆盖层的四角对称地打四个M3通孔，通孔之间距离与天线阵层通孔相同。最后将四个尼龙隔离柱安装在四个通孔位置，将超表面覆盖层与天线阵层分离。
其中，上覆盖层1包括4×5个基本单元8，20个基本单元按4行5列周期性排布，每个基本单元包括一个外边长为20.8mm的正方形环缝隙，蚀刻在金属层上，缝隙宽为1mm。单元周期间隔25mm。在超表面覆盖层和天线阵层之间用尼龙隔离柱7隔开高度为13.5mm的空气层3，尼龙柱贯穿超表面覆盖层与天线阵层。金属贴片层包括两个金属贴片9，两个金属贴片关于金属贴片层4中心对称设置，贴片之间的边到边距离为2mm，每个贴片的尺寸为32mm×28mm。
本发明的基本原理是利用超表面的谐振特性，引入额外的耦合路径，与直接耦合到相邻天线的耦合场抵消，从而减小互耦。基本单元8的尺寸影响超表面的谐振频率，从而影响去耦频率。如图7a、图7b中的S参数对比可以看出，应用本发明的去耦方法可以极大的降低S21的值，即成功增加了MIMO天线的隔离度。
本发明不需要改变原有的微带天线阵，将超表面覆盖层直接加载在原有的微带天线阵上即可实现解耦，且本发明解耦特性不受天线阵元影响，可以在天线阵元相距很近时取得良好的解耦效果。
实例2：
本实例2依然采用例1所用的超表面覆盖层，但是覆盖层基本单元方形环缝隙的边长变为21.1mm，且天线阵层金属贴片由两个H面排布的同尺寸贴片单元构成(如图5、图6).最后得出S参数结果如图8a、图8b所示，可以看出天线频带内的S21被极大的减小了，即成功实现了MIMO天线的去耦效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，其特征在于，包括超表面覆盖层和天线阵层，所述超表面覆盖层包括上覆盖层和超表面介质层，所述天线阵层包括金属贴片层、天线电介质层和金属地板层，所述天线介质层设置于金属贴片层与金属地板层之间，所述超表面覆盖层与天线阵层之间设置空气层，并由支撑结构将所述超材料覆盖层与天线阵层分离。
2.根据权利要求1所述的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，其特征在于：
所述上覆盖层包括4行5列周期排列的20个基本单元；
所述金属贴片层包括两个金属贴片，所述两个金属贴片关于金属贴片层中心对称设置，两个金属贴片分别设有同轴馈电结构，所述两个金属贴片之间的边到边距离为2mm，每个贴片的尺寸为32mm×28mm。
3.根据权利要求2所述的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，其特征在于：
所述基本单元包括一个外边长为20.8mm的正方形环缝隙，缝隙宽为1mm，单元周期间隔25mm；
所述两个金属贴片为两个E面排布的同尺寸贴片单元。
4.根据权利要求2所述的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，其特征在于：
所述基本单元包括一个外边长为21.1mm的正方形环缝隙，缝隙宽为1mm，单元周期间隔25mm；
所述两个金属贴片为两个H面排布的同尺寸贴片单元。
5.根据权利要求1至4任一项所述的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，其特征在于，在超表面覆盖层和天线阵层的四角分别设有通孔，所述支撑结构为尼龙隔离柱，四个尼龙隔离柱安装在四个通孔位置，将超表面覆盖层与天线阵层分离。
6.根据权利要求1至4任一项所述的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，其特征在于，所述天线电介质层的介电常数为2.2，厚度为0.508mm，长度为99mm，宽度为70mm，采用RogersRT/duroid5880制成。
7.根据权利要求1至4任一项所述的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，其特征在于，所述超表面介质层的介电常数为3.55，厚度1.524mm，长度125mm，宽度100mm，采用RogersRO4003C制成。
8.根据权利要求1至4任一项所述的利用电磁超表面覆盖层的MIMO天线阵，其特征在于，所述空气层高度为13.5mm。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111600127A (zh) * 2020-05-27 2020-08-28 西安朗普达通信科技有限公司 一种新型阵列天线系统
WO2021142947A1 (zh) * 2020-01-13 2021-07-22 西安朗普达通信科技有限公司 天线阵列的去耦方法及具有新型去耦结构的天线阵列
CN113258277A (zh) * 2021-04-23 2021-08-13 大连海事大学 一种基于混合优化算法和超材料的低旁瓣微带阵列天线
CN113471699A (zh) * 2021-07-05 2021-10-01 湖南大学 一种基于耦合模式转换的去耦方法及其装置
CN113690597A (zh) * 2021-08-09 2021-11-23 国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司 一种基于超表面的低剖面宽带圆极化天线
CN114142231A (zh) * 2021-12-30 2022-03-04 中国人民解放军空军工程大学 一种低耦合低剖面宽带天线
WO2022233212A1 (zh) * 2021-05-06 2022-11-10 中兴通讯股份有限公司 解耦装置及解耦方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106876982A (zh) * 2017-02-22 2017-06-20 西安电子科技大学 改善多天线系统性能的超表面及采用超表面的多天线系统
CN108155467A (zh) * 2017-11-27 2018-06-12 中国传媒大学 一种基于f-p腔的mimo天线
CN109244668A (zh) * 2018-11-12 2019-01-18 北京理工大学 一种极近距离mimo天线的超材料去耦方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106876982A (zh) * 2017-02-22 2017-06-20 西安电子科技大学 改善多天线系统性能的超表面及采用超表面的多天线系统
CN108155467A (zh) * 2017-11-27 2018-06-12 中国传媒大学 一种基于f-p腔的mimo天线
CN109244668A (zh) * 2018-11-12 2019-01-18 北京理工大学 一种极近距离mimo天线的超材料去耦方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LUYU ZHAO等: "Introduction of the Meta-surface Antenna Array Decoupling (MAAD) Method for 5G Systems", 《2018 IEEE ASIA-PACIFIC CONFERENCE ON ANTENNAS AND PROPAGATION (APCAP)》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021142947A1 (zh) * 2020-01-13 2021-07-22 西安朗普达通信科技有限公司 天线阵列的去耦方法及具有新型去耦结构的天线阵列
CN111600127A (zh) * 2020-05-27 2020-08-28 西安朗普达通信科技有限公司 一种新型阵列天线系统
CN113258277A (zh) * 2021-04-23 2021-08-13 大连海事大学 一种基于混合优化算法和超材料的低旁瓣微带阵列天线
WO2022233212A1 (zh) * 2021-05-06 2022-11-10 中兴通讯股份有限公司 解耦装置及解耦方法
CN113471699A (zh) * 2021-07-05 2021-10-01 湖南大学 一种基于耦合模式转换的去耦方法及其装置
CN113471699B (zh) * 2021-07-05 2023-03-28 湖南大学 一种基于耦合模式转换的去耦方法及其装置
CN113690597A (zh) * 2021-08-09 2021-11-23 国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司 一种基于超表面的低剖面宽带圆极化天线
CN113690597B (zh) * 2021-08-09 2024-03-26 国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司 一种基于超表面的低剖面宽带圆极化天线
CN114142231A (zh) * 2021-12-30 2022-03-04 中国人民解放军空军工程大学 一种低耦合低剖面宽带天线

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