CN112563748A - 一种非对称去耦结构及基站天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非对称去耦结构及基站天线系统，该非对称去耦结构包括：非对称金属微带结构以及介质支架；非对称金属微带结构包括至少两条非等尺寸的金属微带；各个金属微带平行设置，通过绝缘的介质支架架设在基站天线的基板上；金属微带的长度为(1/2±10%)λ，其中λ为等效介质中波长。利用场对消方法实现互帮抑制，具有较低的辐射能力，在保持去耦效能的同时并不恶化天线的辐射性能，该结构可用于抑制紧密摆放的微带天线间的互耦，解决无源去耦结构对天线辐射场的影响问题，降低天线单元之间的互扰，尤其适用于基站的阵列多天线系统。

Description

一种非对称去耦结构及基站天线系统
技术领域
本发明属于无线通信领域，涉及一种非对称去耦结构及基站天线系统。
背景技术
随着移动通信系统的快速发展，射频频谱资源日益短缺，如何提供更高质量、更快速的通信服务成为第五代移动通信系统(5G)中的研究热点。在此背景下，已经提出许久的多输入多输出(MIMO)通信技术成为了5G系统中的关键技术。多输入多输出(MIMO)技术是指在发射端和接收端同时使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端和接收端的多个天线发射和接收。因此，多输入多输出技术能够在不额外增加通信频带和发射功率的情况下，实现高速、大容量的数据传输，显著的提高系统数据吞吐率和信道容量。在多输入多输出(MIMO)系统中，天线起着至关重要的作用，因为天线的特征固有地包含在发射器和接收器之间的通信信道中。
技术是基于天线阵列而言的，随着对信道容量需求的不断增长，大规模MIMO技术将会成为5G系统的核心，并且紧凑密集的阵列将促进这一进程。然而，无论是5G基站，或是移动终端中，由于空间限制，随着天线数量的增加，天线单元之间的间距相对较小，造成单元之间会形成强烈的互相耦合。在特定的空间内，天线单元数量越多，单元之间的耦合更强，会导致：（1）空间相关性的增加；（2）辐射效率的降低；（3）单元增益的下降；（4）信噪比的恶化；（5）信道容量的减小。因此，在有限的空间内，在MIMO系统中如何有效的减小天线单元之间的耦合，提高单元之间的隔离度，并保证原天线的辐射性能，成为了业界研究的热点。目前去耦方法有很多，比如设置去耦谐振单元，超材料去耦等，但是无一例外引入去耦结构会对天线自身的辐射性能造成影响。
发明内容
本发明目的是：提供一种可以有效降低多天线系统中天线单元之间的互扰的非对称去耦结构，降低去耦结构对天线自身的影响，适用于基站的阵列多天线系统。
本发明的技术方案是：
第一方面，一种非对称去耦结构，包括：非对称金属微带结构以及介质支架；所述非对称共面金属微带包括至少两条非等尺寸的金属微带；各个金属微带平行设置，通过绝缘的介质支架架设在基站天线的基板上；所述金属微带的长度为(1/2±10%)λ，其中λ为等效介质中波长。
其进一步的技术方案是：所述非对称去耦结构的架设高度不超过天线阵子单元的高度。
其进一步的技术方案是：所述非对称金属微带结构采用水平放置或竖直放置或倾斜放置。
其进一步的技术方案是：所述介质支架包括介质柱子或PCB板。
第二方面，一种基站天线系统，包括至少两个天线阵子单元以及如第一方面所述的非对称去耦结构；任意相邻两个天线阵子单元之间设置一个所述非对称去耦结构。
本发明的优点是：
1．通过非对称金属微带结构和介质支架组成的非对称去耦结构，利用场对消方法实现互帮抑制，具有较低的辐射能力，在保持去耦效能的同时并不恶化天线的辐射性能，该结构可用于抑制紧密摆放的微带天线间的互耦，解决无源去耦结构对天线辐射场的影响问题，降低天线单元之间的互扰，尤其适用于基站的阵列多天线系统；
2.通过将非对称去耦结构的架设高度设置为不超过天线阵子的高度，有利于小型化，且不会影响天线性能。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1是本申请提供的非对称去耦结构的示意图；
图2是本申请提供的基站天线系统的结构示意图；
图3是本申请提供的基站天线系统的示意图；
图4是本申请提供的原始天线阵参数图；
图5是本申请提供的加载非对称去耦结构之后的天线阵参数图。
其中：1、非对称去耦结构；11、非对称金属微带结构；12、介质支架；13、第一金属微带；14、第二金属微带；20、天线阵子单元。
具体实施方式
实施例：在基站天线系统中，两个靠近的天线阵子单元之间不采取任何措施时，第一天线发射的电磁波通过第一路径可以直接被第二天线接收，同理第二天线发射的电磁波通过第二路径也可以直接被第一天线接收，这就导致第一天线和第二天线之间存在耦合。
本申请提供了一种非对称去耦结构10，架设在天线阵子单元之间，如图1所示，该非对称去耦结构包括：非对称金属微带结构11以及介质支架12。
非对称金属微带结构11包括至少两条非等尺寸的金属微带；各个金属微带平行设置，通过绝缘的介质支架12架设在基站天线的基板上。
金属微带的长度为(1/2±10%)λ，其中λ为等效介质中波长。在实际应用中，各条金属微带的尺寸不等，约为半个等效介质中波长。
非对称金属微带结构11类似于无源阵子结构，调节金属微带的长度和高度使非对称去耦结构10引入的间接耦合场与原有的直接耦合场相对消，从而提高天线间的隔离度。同时，非对称去耦结构10具有较低的辐射特性，其所产生的场有相当一部分被束缚在金属微带与地平面之间，这样有利于减弱去耦结构对天线辐射场的影响。因此，非对称去耦结构10既能够改善天线间的隔离度，又解决了去耦结构恶化天线辐射性能的问题。
示例性的，图1中示出了两条平行设置的第一金属微带13和第二金属微带14。
结合参考图2和图3，非对称去耦结构10的架设高度不超过天线阵子单元20的高度，有利于小型化。
可选的，非对称金属微带结构11采用水平放置或竖直放置或倾斜放置。
可选的，介质支架12包括介质柱子或PCB板。
示例性的，图中示出了绝缘的介质柱子支撑非对称金属微带结构11，介质柱子穿过上下放置的两个金属片，构成非对称去耦结构10；在实际应用中，也可以将多根金属条或微带线加工在PCB板上，制造成等效的非对称去耦结构10。
本申请还公开了一种基站天线系统，包括至少两个天线阵子单元20以及如图1所示的非对称去耦结构10，任意相邻两个天线阵子单元20之间设置一个非对称去耦结构10。
在实际应用中，通常非对称去耦结构10布置在两个天线阵子单元20之间的中心位置效果最好，但实际的布置位置和距离需要根据实际需求来确定，也可以布置在天线阵子单元20的四周。
结合参考图4和图5，以两单元基站天线系统为例，在两个天线阵子单元20之间植入非对称去耦结构10，实现去耦的目的，经过试验对比，加入非对称去耦结构10后，天线的隔离度提升了20dB以上，满足实际工程要求。本申请提供的非对称去耦结构10不仅限于两个天线单元线阵，同样也适用于三个及三个以上的多天线系统，特别适用于基站天线系统，能够很好地应用在MIMO通信系统中。
综上所述，本申请提供的非对称去耦结构及基站天线系统，通过非对称金属微带结构和介质支架组成的非对称去耦结构，利用场对消方法实现互帮抑制，具有较低的辐射能力，在保持去耦效能的同时并不恶化天线的辐射性能，该结构可用于抑制紧密摆放的微带天线间的互耦，解决无源去耦结构对天线辐射场的影响问题，降低天线单元之间的互扰，尤其适用于基站的阵列多天线系统。
另外，通过将非对称去耦结构的架设高度设置为不超过天线阵子的高度，有利于小型化，且不会影响天线性能。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或者两个以上。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种非对称去耦结构，其特征在于，包括：非对称金属微带结构以及介质支架；
所述非对称金属微带结构包括至少两条非等尺寸的金属微带；
各个金属微带平行设置，通过绝缘的介质支架架设在基站天线的基板上；
所述金属微带的长度为(1/2±10%)λ，其中λ为等效介质中波长。
2.根据权利要求1所述的非对称去耦结构，其特征在于，所述非对称去耦结构的架设高度不超过天线阵子单元的高度。
3.根据权利要求1所述的非对称去耦结构，其特征在于，所述非对称金属微带结构采用水平放置或竖直放置或倾斜放置。
4.根据权利要求1所述的非对称去耦结构，其特征在于，所述介质支架包括介质柱子或PCB板。
5.一种基站天线系统，其特征在于，包括至少两个天线阵子单元以及如权利要求1至4任一所述的非对称去耦结构；
任意相邻两个天线阵子单元之间设置一个所述非对称去耦结构。
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