CN113346240A - 一种双介质层金属墙去耦结构 - Google Patents

一种双介质层金属墙去耦结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双介质层金属墙去耦结构，包括：公共接地板上设置有介质基板；两组天线组件对称设置在介质基板上；金属墙垂直贯穿介质基板，并与公共接地板连接，金属墙位于两组天线组件之间；金属墙的两个相对表面对称设置有多个尺寸相同的金属条带；多个金属条带包括：第一金属条带、第二金属条带和第三金属条带，第一金属条带和第三金属条带分别位于金属墙的两端，第二金属条带位于第一金属条带和第三金属条带之间，每个金属条带的长度方向沿金属墙的宽度方向设置，每个金属条带的长度与金属墙的宽度相同；其中，第二金属条带邻近天线组件的微带线设置。本发明提供的双介质层金属墙去耦结构，既达到了较好的去耦效果又修正了H面的辐射方向图。

Description

一种双介质层金属墙去耦结构
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种双介质层金属墙去耦结构。
背景技术
近年来，5G技术的迅速发展对于天线小型化的要求越来越高，但是当天线紧密排列，即当阵元间距远小于λ0/2时，天线单元之间不可避免的会产生相互耦合。互耦可能会给天线性能带来不利的影响，使其无法满足无线通信的需求，因此研究消除天线间耦合的去耦技术就显得尤为重要。
目前常用的是平面和立体去耦技术。前者是在两个微带天线之间采用平面电磁带隙或者缺陷地结构，使耦合来的能量在其上产生谐振，从而减小对紧邻天线的耦合；而立体去耦结构是在两个天线单元之间加入垂直于天线的金属墙壁，以此提高它们之间的隔离度。但是无论哪种方法，当单元间距足够小时，如0.05λ0，这些去耦结构都面临着方向图偏移的问题。
发明内容
本发明提供一种双介质层金属墙去耦结构，用以解决现有技术中紧凑型贴片天线方向图偏移的缺陷。
本发明提供一种双介质层金属墙去耦结构，包括：公共接地板，所述公共接地板上设置有介质基板；两组天线组件，两组所述天线组件对称设置在所述介质基板上；金属墙，所述金属墙垂直贯穿所述介质基板，并与所述公共接地板连接，所述金属墙位于两组所述天线组件之间，所述金属墙的两个相对表面对称设置有多个尺寸相同的金属条带；每个表面上的多个所述金属条带包括：第一金属条带、第二金属条带和第三金属条带，所述第一金属条带和所述第三金属条带分别位于所述金属墙的两端，所述第二金属条带位于所述第一金属条带和所述第三金属条带之间，每个所述金属条带的长度方向沿所述金属墙的宽度方向设置，每个所述金属条带的长度与所述金属墙的宽度相同；其中，所述第二金属条带邻近所述天线组件的微带线设置。
根据本发明提供的一种双介质层金属墙去耦结构，每个所述金属条带的宽度为2.72mm，所述第二金属条带与所述第三金属条带之间的间距为3.45mm。
根据本发明提供的一种双介质层金属墙去耦结构，所述金属墙包括：两层介质层以及夹设在所述介质层中间的金属层，每个所述介质层上设置有多个所述金属条带。
根据本发明提供的一种双介质层金属墙去耦结构，所述介质层的宽度为7.82mm，所述介质层的长度为24mm。
根据本发明提供的一种双介质层金属墙去耦结构，所述介质层的有效介电常数为4.4。
根据本发明提供的一种双介质层金属墙去耦结构，所述介质层的损耗角正切为0.025。
根据本发明提供的一种双介质层金属墙去耦结构，每组所述天线组件还包括：辐射贴片，所述辐射贴片位于所述金属墙的侧面；四分之一波长阻抗变换器，所述四分之一波长阻抗变换器的两端分别与所述辐射贴片和所述微带线连接。
根据本发明提供的一种双介质层金属墙去耦结构，两个所述辐射贴片之间的距离为3.1mm。
本发明实施例提供的双介质层金属墙去耦结构，通过在两组天线组件之间设置金属墙，并使金属墙与公共接地板相连，有效地抑制了天线之间的耦合，增加了天线的带宽，调整了阻抗匹配，同时还修正了H面的辐射方向图。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。
图1是本发明提供的双介质层金属墙去耦结构的立体图；
图2是本发明提供的双介质层金属墙去耦结构的俯视图；
图3是本发明提供的双介质层金属墙去耦结构的主视图；
图4是本发明提供的双介质层金属墙去耦结构的部分侧视图；
图5是本发明提供的双介质层金属墙去耦结构的散射参数随频率变化的示意图；
图6是本发明提供的双介质层金属墙去耦结构的E面实际增益在 -180°～180°范围内的远场辐射图；
图7是本发明提供的双介质层金属墙去耦结构的H面实际增益在-180°～180°范围内的远场辐射图；
附图标记：
11：金属层； 12：介质层； 13：第一金属条带；
14：第二金属条带； 15：第三金属条带； 21：辐射贴片；
22：四分之一波长阻 23：微带线； 30：公共接地板；抗变换器；
40：介质基板； 100：双介质层金属墙去耦结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合图1-图7描述本发明的双介质层金属墙去耦结构。
如图1-图4所示，本发明实施例提供了一种双介质层金属墙去耦结构100，包括：公共接地板30、介质基板40、两组天线组件和金属墙。介质基板40设置在公共接地板30上，两组天线组件对称设置在介质基板40上，金属墙垂直贯穿介质基板40，并与公共接地板30 连接，金属墙位于两组天线组件之间，金属墙的两个相对表面对称设置有多个金属条带。
具体来说，金属墙垂直插入两个天线组件之间，并且平行于天线组件的E面，金属墙与公共接地板30连接，金属墙包括两层介质层和夹设在两层介质层之间的金属层，整个金属层保留在金属墙的中间，以减少两个天线组件之间的相互耦合，金属墙的两侧对称设置有多个金属条带，多个金属条带包括：第一金属条带13、第二金属条带14 和第三金属条带15，第一金属条带13和第三金属条带15分别位于金属墙的两端，第二金属条带14位于第一金属条带13和第三金属条带15之间，每个金属条带的长度方向沿金属墙的宽度方向设置，进一步地，每个金属条带的长度与金属墙的宽度相同，其中，第二金属条带14邻近天线组件的微带线23设置。
具体地，金属墙的高度主要影响谐振频率和匹配，随着金属墙的高度的增加，匹配变得更差。金属墙两侧的金属条带的宽度以及相邻两个金属条带之间的间距主要影响天线的方向图，随着金属条带的宽度和相邻两个金属条带的间距的增加，主波束方向从左向右移动。
在本发明的一个实施例中，可选地，介质基板40采用FR4材料，有效介电常数为4.4，损耗角正切为0.025。
本发明实施例提供的双介质层金属墙去耦结构，通过在两组天线组件之间设置金属墙，并使金属墙与公共接地板相连，有效地抑制了天线之间的耦合，增加了天线的带宽，调整了阻抗匹配，同时还修正了H面的辐射方向图。
进一步地，在本发明的一个实施例中，每个金属条带的宽度为 2.72mm，第二金属条带14与第三金属条带15之间的间距为3.45mm，以便于将H面的方向图进行校正。
如图1-图3所示，在本发明的一个实施例中，金属墙包括：两层介质层11和夹设在介质层11中间的金属层12，每个介质层11上设置有多个金属条带。
具体来说，金属墙具有五层结构，中间层为金属层12，金属层 12的两侧分别设置有介质层11，每个介质层11上分别对称设置有第一金属条带13、第二金属条带14和第三金属条带15。具体地，介质层11采用有效介电常数为4.4，损耗角正切为0.025的FR4材料，两个介质层11将三层金属层分开，金属层12保留在金属墙的中间，以减少两个天线组件之间的相互耦合。
可选地，在本发明的一个实施例中，介质层11的宽度为7.82mm，长度为24mm。
如图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，每组天线组件包括：辐射贴片21、四分之一波长阻抗变换器22和微带线23。辐射贴片21、四分之一波长阻抗变换器22和微带线23均设置在介质基板 40上，辐射贴片21与四分之一波长阻抗变换器22连接，四分之一波长阻抗变换器22与微带线23连接。辐射贴片21位于金属墙的侧面。
具体来说，双介质层金属墙去耦结构100的谐振频率为4.8GHz，使用微带线23馈电，四分之一波长阻抗变换器22用于在馈送端口处进行匹配，金属墙垂直插设在两个辐射贴片21之间，且平行于辐射贴片21的E面，并与公共接地板30连接。
进一步地，在本发明的一个实施例中，两个辐射贴片21之间的距离为3.1mm，约为λ0/20。
如图5所示，实线代表S11，虚线代表S21；无标记的为无去耦结构的散射参数随频率变化的曲线；有实心圆圈标记的为去耦结构两侧都是金属的散射参数随频率变化的曲线；有星标的为本发明实施例提供的双介质层金属墙去耦结构100的散射参数随频率变化的曲线。从图中可以看出，如果使用两侧都是全金属的去耦结构，则谐振频率会移至4.90GHz(不覆盖4.80GHz)，并且匹配会变差。如采用本发明实施例提供的双介质层金属墙去耦结构100，该双介质层金属墙去耦结构100改善了匹配，并使4.80GHz处于新带宽之内。同时，与没有去耦结构的带宽200MHz相比，本发明实施例提供的双介质层金属墙去耦结构100的带宽扩大到250MHz(包含5G主要工作频段4.8 GHz-5GHz)，此外，去耦效果显著。在整个阻抗带宽内，S21均低于 -23dB，且在带宽范围内去耦效果最佳能达到S21为-50.36dB。
如图6所示，实线代表无去耦结构的E面辐射方向图，虚线代表去耦结构两侧都是金属的E面辐射方向图，带实心圆圈标记的为本发明实施例提供的双介质层金属墙去耦结构100的E面辐射方向图。从图中可以看出，去耦结构的引入并不会影响E面的最大实际增益的方向。
如图7所示，实线代表无去耦结构的H面辐射方向图，虚线代表去耦结构两侧都是金属的H面辐射方向图，带实心圆圈标记的为本发明实施例提供的双介质层金属墙去耦结构100的H面辐射方向图。从图中可以看出，如果没有采用去耦结构，峰值增益为3.08dB， H面波束向右侧贴片倾斜22°，如果整个金属壁都存在，则向另一侧倾斜16°，峰值增益为1.33dB，而本发明实施例提供的双介质层金属墙去耦结构100则以-0.43dB的峰值增益将方向图校正为返回到贴片的边射方向(0°)。
本发明实施例提供的双介质层金属墙去耦结构，在两个辐射贴片之间的间距仅有λ0/20时，能够抑制天线组件之间的耦合，实现了H 面的最大辐射方向朝着边射方向(0°)校正了16°。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种双介质层金属墙去耦结构，其特征在于，包括：
公共接地板，所述公共接地板上设置有介质基板；
两组天线组件，两组所述天线组件对称设置在所述介质基板上；
金属墙，所述金属墙垂直贯穿所述介质基板，并与所述公共接地板连接，所述金属墙位于两组所述天线组件之间，所述金属墙的两个相对表面对称设置有多个尺寸相同的金属条带；每个表面上的多个所述金属条带包括：
第一金属条带、第二金属条带和第三金属条带，所述第一金属条带和所述第三金属条带分别位于所述金属墙的两端，所述第二金属条带位于所述第一金属条带和所述第三金属条带之间，每个所述金属条带的长度方向沿所述金属墙的宽度方向设置，每个所述金属条带的长度与所述金属墙的宽度相同；
其中，所述第二金属条带邻近所述天线组件的微带线设置。
2.根据权利要求1所示的双介质层金属墙去耦结构，其特征在于，每个所述金属条带的宽度为2.72mm，所述第二金属条带与所述第三金属条带之间的间距为3.45mm。
3.根据权利要求1所示的双介质层金属墙去耦结构，其特征在于，所述金属墙包括：两层介质层以及夹设在所述介质层中间的金属层，每个所述介质层上设置有多个所述金属条带。
4.根据权利要求3所示的双介质层金属墙去耦结构，其特征在于，所述介质层的宽度为7.82mm，所述介质层的长度为24mm。
5.根据权利要求3所示的双介质层金属墙去耦结构，其特征在于，所述介质层的有效介电常数为4.4。
6.根据权利要求3所示的双介质层金属墙去耦结构，其特征在于，所述介质层的损耗角正切为0.025。
7.根据权利要求1所述的双介质层金属墙去耦结构，其特征在于，每组所述天线组件还包括：
辐射贴片，所述辐射贴片位于所述金属墙的侧面；
四分之一波长阻抗变换器，所述四分之一波长阻抗变换器的两端分别与所述辐射贴片和所述微带线连接。
8.根据权利要求7所述的双介质层金属墙去耦结构，其特征在于，两个所述辐射贴片之间的距离为3.1mm。
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