CN111355027A - 自去耦天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自去耦天线阵列，包括：第一介质基板，第一介质基板其中一表面上设置有接地板；至少两天线，每一天线包括：微带线，微带线设置于第一介质基板背离接地板的表面上；辐射贴片，微带线位于第一介质基板与辐射贴片之间且辐射贴片与微带线间隔设置，辐射贴片在第一介质基板上形成一投影区域，微带线自投影区域外延伸至投影区域内；其中，微带线连接至馈源并对辐射贴片进行耦合馈电，以使接地板中产生弱场区，其中一天线位于另一天线产生的弱场区内。本发明的自去耦天线阵列依靠自身的结构优势使得各个天线之间实现去耦合，具有高效、结构简单、实用性强、耦合宽带较宽的优点。

Description

自去耦天线阵列

技术领域

本发明属于无线通讯技术领域，特别涉及一种自去耦天线阵列。

背景技术

现有技术中，由于多输入所输出技术具有大数据容量和高速率的优点，已经广泛用于现代通信系统。然而随着通信技术的快速发展，天线的数量越来越多，在有限的空间范围内，天线之间的强烈耦合会严重恶化了系统的性能。例如，耦合会降低天线的辐射效率和辐射方向图。因此，在多天线系统中，一种高效实用的去耦合技术至关重要。

传统的去耦合方法包括两大类：第一类是利用电磁带隙结构阻挡天线之间的耦合，这些结构包括缺陷地结构，超材料结构等。第二类是引入额外的元件或电路产生射频信号来抵消天线之间的耦合。然而，第一类方法去耦合带宽较窄而且结构复杂。而第二类方法在多天线系统中设计复杂，实用性不强。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种自去耦天线阵列，旨在解决上述提出的现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种自去耦天线阵列，包括：第一介质基板，所述第一介质基板其中一表面上设置有接地板；至少两天线，两所述天线排状设置，每一所述天线包括：微带线，所述微带线设置于所述第一介质基板背离所述接地板的表面上；辐射贴片，所述微带线位于所述第一介质基板与所述辐射贴片之间且所述辐射贴片与所述微带线间隔设置，所述辐射贴片在所述第一介质基板上形成一投影区域，所述微带线自所述投影区域外延伸至所述投影区域内；其中，所述微带线连接至馈源并对所述辐射贴片进行耦合馈电，以使所述接地板中产生弱场区，其中一所述天线位于另一所述天线产生的弱场区内。

进一步地，所述自去耦天线阵列还包括：第二介质基板，所述第二介质基板与所述第一介质基板层叠设置，所述第二介质基板设置于所述微带线与所述辐射贴片之间，以使所述微带线与所述辐射贴片间隔设置。

进一步地，所述自去耦天线阵列还包括：馈源连接件，所述馈源连接件连接至所述微带线，以对所述微带线直接馈电。

进一步地，所述馈源连接件包括射频输入接头，所述射频输入接头包括内芯和外导体，所述内芯与所述微带线连接，所述外导体与所述接地板连接。

进一步地，所述馈源连接件还包括：探针，所述探针穿设于所述第一介质基板中，且所述探针一端连接所述内芯，另一端与所述微带线位于所述投影区域外的一段连接。

进一步地，所述探针与所述微带线的连接位置将所述微带线分成长度不等的两段，其中，靠近所述投影区域的一段长于远离所述投影区域的一段。

进一步地，所述辐射贴片为方形，所述微带线的长度与所述辐射贴片的边长相近。

进一步地，所述第一介质基板和所述第二介质基板的相对介电常数均为2.33。

进一步地，所述自去耦天线阵列包括两个以上的所述天线，两个以上的所述天线排状设置，且相邻的两个所述天线中，其中一所述天线位于另一所述天线产生的弱场区内。

本发明的技术方案中，通过在所述第一介质基板的两个表面上分别设置所述接地板和所述微带线，所述辐射贴片在所述第一介质基板上形成一投影区域，所述微带线自所述投影区域外延伸至所述投影区域内；在馈源对所述微带线直接馈电时，所述微带线对所述辐射贴片耦合馈电，使得所述微带线与所述辐射贴片中的电流分布完全相反，由此在所述接地板上耦合出等幅度、反相位的电磁场，从而使得两部分电磁场相互抵消，在所述地板上形成弱场区，把其中一所述天线设置于另一所述天线产生的弱场区内，即可实现两个所述天线的去耦合；本发明的自去耦天线阵列依靠自身的结构优势使得整个自去耦天线阵列中各个天线之间实现去耦合，具有高效、结构简单、实用性强、耦合宽带较宽的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的自去耦天线阵列的一实施例的结构示意图；

图2为图1的自去耦天线阵列去掉第一介质基板后的结构示意图；

图3为图1的自去耦天线阵列的分解结构示意图；

图4为本发明的自去耦天线阵列的另一实施例的结构示意图；

图5为图4的自去耦天线阵列的分解结构示意图；

图6为本发明的馈源连接件的一实施例的结构示意图；

图7为图4的自去耦天线阵列的俯视结构示意图；

图8为本发明的自去耦天线阵列的再一实施例的俯视结构示意图；

图9是具有两个天线的自去耦天线阵列的仿真S参数图；

图10是具有两个天线的自去耦天线阵列的两个天线的方向图；图10(a)是天线1的E平面的方向图；图10(b)是天线1的H平面的方向图；图10(c)是天线2的E平面的方向图；图10(d)是天线2的H平面的方向图；

图11是具有4个天线的自去耦天线阵列的回波损耗与隔离度参数曲线。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参一并阅图1-3，本发明提供一种自去耦天线阵列100，包括：第一介质基板10，所述第一介质基板10其中一表面上设置有接地板20；至少两天线30，两所述天线30排状设置，每一所述天线30包括：微带线31，所述微带线31设置于所述第一介质基板10背离所述接地板20的表面上；辐射贴片32，所述微带线31位于所述第一介质基板10与所述辐射贴片32之间且所述辐射贴片32与所述微带线31间隔设置，所述辐射贴片32在所述第一介质基板10上形成一投影区域(图未示)，所述微带线31自所述投影区域外延伸至所述投影区域内；其中，所述微带线31连接至馈源(图未示)并对所述辐射贴片32进行耦合馈电，以使所述接地板20中产生弱场区，其中一所述天线30位于另一所述天线30产生的弱场区内。

在本实施例中，所述第一介质基板10的形状可以不作限制，所述第一介质基板10的形状优选为矩形，所述第一介质基板10包括两个相背的表面，其中一个表面上设置有所述接地板20，所述接地板20为金属材质，所述接地板20铺满自身所在的第一介质基板10的表面；至少两个所述天线30背离所述接地板20设置，且具体地，每一所述天线30中的微带线31设置于所述第一介质基板10的另一表面上，也即，所述接地板20与所述微带线31分别设置于所述第一介质基板10的不同表面上，所述辐射贴片32与所述微带线31处于所述第一介质基板10的同一侧，且所述微带线31位于所述第一介质基板10与所述辐射贴片32之间，且所述微带线31与所述辐射贴片32间隔设置，以通过所述微带线31对所述辐射贴片32进行耦合馈电，可以理解，所述辐射贴片32可以通过设置在所述第一介质基板10上的一些支撑结构进行固定，如支撑架、支撑柱或者介质基板等。

在本实施例中，在垂直于所述第一介质基板10的方向上，所述辐射贴片32在所述第一介质基板10上投影出一投影区域，所述微带线31自所述投影区域外延伸至所述投影区域内，也即，所述投影区域部分覆盖所述微带线31，也即，所述微带线31可以划分成两段，一段位于所述投影区域内，另一端位于所述投影区域外，从而通过所述微带线31位于所述投影区域内的一段给所述辐射贴片32进行耦合馈电。

在本实施例中，所述微带线31位于所述投影区域外的一段连接至馈源，馈源对所述微带线31直接馈电，所述微带线31对所述辐射贴片32耦合馈电，使得所述微带线31与所述辐射贴片32中的电流分布完全相反，由此在所述接地板20上耦合出等幅度、反相位的电磁场，从而使得两部分电磁场相互抵消，在所述地板上形成弱场区，把其中一所述天线30设置于另一所述天线30产生的弱场区内(也可以说是放置在弱场区附近)，从而实现两个所述天线30的去耦合。

综上所述，本发明的技术方案中，通过在所述第一介质基板10的两个表面上分别设置所述接地板20和所述微带线31，所述辐射贴片32在所述第一介质基板10上形成一投影区域，所述微带线31自所述投影区域外延伸至所述投影区域内；在馈源对所述微带线31直接馈电时，所述微带线31对所述辐射贴片32耦合馈电，使得所述微带线31与所述辐射贴片32中的电流分布完全相反，由此在所述接地板20上耦合出等幅度、反相位的电磁场，从而使得两部分电磁场相互抵消，在所述地板上形成弱场区，把其中一所述天线30设置于另一所述天线30产生的弱场区内，即可实现两个所述天线30的去耦合；本发明的自去耦天线阵列100依靠自身的结构优势使得整个自去耦天线阵列100中各个天线30之间实现去耦合，具有高效、结构简单、实用性强、耦合宽带较宽等优点。

请参一并阅图4-5，进一步地，所述自去耦天线阵列100还包括：第二介质基板40，所述第二介质基板40与所述第一介质基板10层叠设置，所述第二介质基板40设置于所述微带线31与所述辐射贴片32之间，以使所述微带线31与所述辐射贴片32间隔设置。

在本实施例中，所述第二介质基板40与所述第一介质基板10层叠设置，所述第二介质基板40设置于所述微带线31与所述辐射贴片32之间，也即，所述接地板20、第一介质基板10、微带线31、第二介质基板40以及所述辐射贴片32依次层叠设置，如此，可使所述微带线31与所述辐射贴片32两者之间间隔设置，实现所述微带线31对所述辐射贴片32的耦合馈电。可以理解，所述微带线31设置于所述第一介质基板10与第二介质基板40之间，因此，所述微带线31可以贴敷于所述第一介质基板10上，也可以贴敷于所述第二介质基板40上；所述第二介质基板40也可以使用其他一些支撑结构如支撑架、支撑柱等来代替，只需能够实现所述微带线31对所述辐射贴片32进行耦合馈电即可。

请一并参阅图2、3、5，进一步地，所述自去耦天线阵列100还包括：馈源连接件50，所述馈源连接件50连接至所述微带线31，以对所述微带线31直接馈电。

在本实施例中，所述馈源连接件50直接与所述微带线31连接，对所述微带线31直接馈电，进而通过所述微带线31对所述辐射贴片32耦合馈电。

请参阅图6，进一步地，所述馈源连接件50包括射频输入接头51，所述射频输入接头51包括内芯(图未示)和外导体(图未示)，所述内芯与所述微带线31连接，所述外导体与所述接地板20连接。

在本实施例中，通过将所述射频输入接头51的外导体与所述接地板20连接，同时将所述射频输入接头51的内芯与所述微带线31连接，从而实现对所述微带线31直接馈电，可以理解，所述射频输入接头51的内芯可以直接连接至所述微带线31，也可以通过其他传输元件连接至所述微带线31。

请参阅图6，进一步地，所述馈源连接件50还包括：探针52，所述探针52穿设于所述第一介质基板10中，且所述探针52一端连接所述内芯，另一端与所述微带线31位于所述投影区域外的一段连接。

在本实施例中，所述探针52穿过所述第一介质基板10，且所述探针52的两端分别连接所述内芯和所述微带线31，从而通过所述探针52将射频信号传递给所述微带线31，实现馈源对所述微带线31直接馈电。

请一并参阅图1、2、7，进一步地，所述探针52与所述微带线31的连接位置将所述微带线31分成长度不等的两段，其中，靠近所述投影区域的一段长于远离所述投影区域的一段。

在本实施例中，所述探针52与所述微带线31的连接位置将所述微带线31分成长度不等的两段，且靠近所述投影区域的一段长于远离所述投影区域的一段，如此，可以实现所述天线30的阻抗匹配，以及实现所述微带线31与所述辐射贴片32中的电流分布完全相反，从而实现各所述天线30的去耦合。

请一并参阅图1、4、进一步地，所述辐射贴片32为方形，所述微带线31的长度与所述辐射贴片32的边长相近。

在本实施例中，所述辐射贴片32为方形，所述微带线31的长度与所述辐射贴片32的边长相近，以同时实现所述天线30的阻抗匹配和各所述所述天线30之间的去耦合；所述辐射贴片32也可为其他形状如矩形等，在所述辐射贴片32为其他形状时，可以通过相应调整所述辐射贴片32的尺寸，所述微带线31的尺寸以及两所述天线30的间距，以同时实现所述天线30的阻抗匹配和各所述所述天线30之间的去耦合。

请参阅图8，进一步地，所述自去耦天线阵列100包括两个以上的所述天线30，两个以上的所述天线30排状设置，且相邻的两个所述天线30中，其中一所述天线30位于另一所述天线30产生的弱场区内。

在本实施例中，以所述自去耦天线阵列100包括4个所述天线30，也即天线1、天线2、天线3、天线4为例进行说明，所述天线1、天线2、天线3、天线4依次排列呈一排，其中，所述天线2位于所述天线1弱场区内，从而可以实现天线2与所述天线1之间的去耦合；所述天线3位于所述天线2弱场区内，从而可以实现天线3与所述天线2之间的去耦合；所述天线4位于所述天线3弱场区内，从而可以实现天线4与所述天线3之间的去耦合；而天线1与天线3之间、天线2与天线4、天线1与天线4之间，由于相隔太远，两者之间的耦合很小。因此，所述自去耦天线阵列100依靠自身的结构优势，可以使得整个自去耦天线阵列100中各个所述天线30实现自去耦。

以下结合试验对所述自去耦天线阵列100的特性做进一步说明：

请一并参阅图7-8，实验中，以阻抗带宽为3.3～3.65GHz的具有两个天线30的自去耦天线阵列100为例，优化了最优尺寸如下：L1＝7mm，L2＝17mm L3＝4.75mm，L4＝104mm，L5＝195mm，W1＝2mm，W2＝24.1mm，W3＝60mm，W4＝60mm，D＝45.4mm.。所述第一介质基板10和第二介质基板40均为Rogers 5870，所述第一介质基板10和第二介质基板40的相对介电常数均为2.33。

附图9是具有两个天线30的自去耦天线阵列100的仿真S参数图，在以上尺寸的优化下，天线1与天线2的峰值隔离度达到52dB，在频带3.3～3.655GHz内，天线1与天线2的隔离度在29dB以上。

附图10是具有两个天线30的自去耦天线阵列100的两天线30的方向图。图10(a)是天线1的E平面的方向图；图10(b)是天线1的H平面的方向图；图10(c)是天线2的E平面的方向图；图10(d)是天线2的H平面的方向图。

附图11是具有四个天线30的自去耦天线阵列100的回波损耗与隔离度参数曲线。图中可以看出，S11，S22，S33，S44完全重合，说明相邻天线30不会对天线30的回波损耗造成影响。所有天线30之间的隔离度都在29dB以上。

由以上实验可知，本发明可应用于在大规模天线阵列中。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种自去耦天线阵列，其特征在于，包括：

第一介质基板，所述第一介质基板其中一表面上设置有接地板；

至少两天线，两所述天线排状设置，每一所述天线包括：

微带线，所述微带线设置于所述第一介质基板背离所述接地板的表面上；

辐射贴片，所述微带线位于所述第一介质基板与所述辐射贴片之间且所述辐射贴片与所述微带线间隔设置，所述辐射贴片在所述第一介质基板上形成一投影区域，所述微带线自所述投影区域外延伸至所述投影区域内；

其中，所述微带线连接至馈源并对所述辐射贴片进行耦合馈电，以使所述接地板中产生弱场区，其中一所述天线位于另一所述天线产生的弱场区内。

2.如权利要求1所述的自去耦天线阵列，其特征在于，所述自去耦天线阵列还包括：

第二介质基板，所述第二介质基板与所述第一介质基板层叠设置，所述第二介质基板设置于所述微带线与所述辐射贴片之间，以使所述微带线与所述辐射贴片间隔设置。

3.如权利要求1所述的自去耦天线阵列，其特征在于，所述自去耦天线阵列还包括：

馈源连接件，所述馈源连接件连接至所述微带线，以对所述微带线直接馈电。

4.如权利要求3所述的自去耦天线阵列，其特征在于，所述馈源连接件包括射频输入接头，所述射频输入接头包括内芯和外导体，所述内芯与所述微带线连接，所述外导体与所述接地板连接。

5.如权利要求4所述的自去耦天线阵列，其特征在于，所述馈源连接件还包括：

探针，所述探针穿设于所述第一介质基板中，且所述探针一端连接所述内芯，另一端与所述微带线位于所述投影区域外的一段连接。

6.如权利要求5所述的自去耦天线阵列，其特征在于，所述探针与所述微带线的连接位置将所述微带线分成长度不等的两段，其中，靠近所述投影区域的一段长于远离所述投影区域的一段。

7.如权利要求1所述的自去耦天线阵列，其特征在于，所述辐射贴片为方形，所述微带线的长度与所述辐射贴片的边长相近。

8.如权利要求2所述的自去耦天线阵列，其特征在于，所述第一介质基板和所述第二介质基板的相对介电常数均为2.33。

9.如权利要求1所述的自去耦天线阵列，其特征在于，所述自去耦天线阵列包括两个以上的所述天线，两个以上的所述天线排状设置，且相邻的两个所述天线中，其中一所述天线位于另一所述天线产生的弱场区内。

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