CN114430115B - 一种基于构造弱场区的去耦方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及阵列天线去耦技术领域，具体涉及一种基于构造弱场区的去耦方法及其装置，通过确认第一安装地点和第二安装地点，配置两个天线单元和两个去耦结构；将天线单元安装在第一安装地点；将去耦结构安装在天线单元上，直至天线单元耦合给第二安装地点的电场减弱；将另一天线单元安装在第二安装地点，同时将另一相同的去耦结构安装在另一天线单元上，实现一对相邻单元间的去耦。基于构造弱场区的去耦方法具有优越的可扩展性，能够实现多对相邻天线单元间的去耦，还能够实现多对非相邻天线单元间的去耦，解决了传统的去耦方法可扩展性差从而影响非相邻单元间的去耦效果的问题。
Description
技术领域
本发明涉及阵列天线去耦技术领域，尤其涉及一种基于构造弱场区的去耦方法及其装置。
背景技术
天线阵列日益大规模化，这就要求去耦方法具有可扩展性，从而能够被应用到更大规模阵列中，但传统的去耦方法有些无法被扩展到更大的多元阵列中，有些在扩展中需要额外的辅助结构或尺寸调整，不具备良好的可扩展性，从而影响非相邻单元间的去耦效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于构造弱场区的去耦方法，旨在解决传统的去耦方法可扩展性差从而影响非相邻单元间的去耦效果的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于构造弱场区的去耦方法，包括：
确认第一安装地点和第二安装地点，配置两个天线单元和两个去耦结构；
将天线单元安装在第一安装地点；
将去耦结构安装在天线单元上，直至天线单元耦合给第二安装地点的电场减弱；
将另一天线单元安装在第二安装地点，同时将另一相同的去耦结构安装在另一天线单元上。
其中，所述将去耦结构安装在天线单元上，直至天线单元耦合给第二安装地点的电场减弱的具体方式为：
测试天线单元耦合给第二安装地点的电场并记录，得到第一测试结果；
将去耦结构安装在天线单元上；
再次测试天线单元耦合给第二安装地点的电场，并与第一测试结果进行对比，得到对比结果；
根据对比结果对去耦结构进行调整，直至将第二安装地点构建成弱场区。
第二方面，本发明提供了一种基于构造弱场区的去耦装置，包括：
FR4介质基片、两个天线单元和两个去耦结构，两个所述天线单元分别设置于所述FR4介质基片的两侧，两个所述去耦结构分别设置于所述FR4介质基片靠近所述天线单元的一侧；
所述FR4介质基片，用于安装两个所述天线单元和两个所述去耦结构；
所述天线单元，用于发射电场；
所述去耦结构，用于削弱所述天线单元在第二安装地点所发射的电场。
其中，所述第一安装地点和所述第二安装地点均位于FR4介质基片上，所述FR4介质基片相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度为1mm。
其中，所述天线单元包括矩形贴片和地，所述矩形贴片和所述地均为金属敷层，所述矩形贴片设置于所述FR4介质基片的上表面，所述地设置于所述FR4介质基片的下表面，所述矩形贴片和所述地分别连接到同轴电缆的高电压端和低电压端。
其中，所述矩形贴片包括贴片本体和馈线，所述馈线和所述贴片本体连接，且所述贴片本体和所述馈线均设置于所述FR4介质基片的上表面。
其中，所述地为一个矩形，所述地设置于所述FR4介质基片的下表面，所述地的长与所述FR4介质基片的长相同，所述地的宽小于所述FR4介质基片的宽。
其中，所述去耦结构包括T型枝节和两个哑铃型枝节，所述T型枝节和两个所述哑铃型枝节均为金属敷层，所述T型枝节设置于所述FR4介质基片的上表面，两个所述哑铃型枝节设置于所述FR4介质基片的下表面。
其中，所述哑铃型枝节包括四个矩形和三个短枝节，三个短枝节将四个矩形连接，三个所述短枝节大小相等，四个所述矩形面积由大变小，长和宽分别构成公差为0.9mm的和公差为0.8mm的等差数列。
其中，所述T型枝节包括竖枝节和横枝节，所述竖枝节设置于所述FR4介质基片的上表面，所述横枝节设置于所述竖枝节上。
本发明的一种基于构造弱场区的去耦方法，通过确认第一安装地点和第二安装地点，配置两个天线单元和两个去耦结构；将天线单元安装在第一安装地点；将去耦结构安装在天线单元上，直至天线单元耦合给第二安装地点的电场减弱；将另一天线单元安装在第二安装地点，同时将另一相同的去耦结构安装在另一天线单元上，实现一对相邻单元间的去耦。基于构造弱场区的去耦方法具有优越的可扩展性，能够实现多对相邻天线单元间的去耦，还能够实现多对非相邻天线单元间的去耦，解决了传统的去耦方法可扩展性差从而影响非相邻单元间的去耦效果的问题，并且基于构造弱场区的去耦方法是对所期望的特定位置的电场进行有策略地改造，即能够根据去耦要求的不同对电场进行不同的改造，因此基于构造弱场区的去耦方法具有极大的灵活性。本发明还包括一种基于构造弱场区的去耦装置，旨在验证基于构造弱场区的去耦方法的去耦有效性，但基于构造弱场区的去耦方法并不依赖于任何具体的去耦装置。
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获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种基于构造弱场区的去耦方法的流程图；
图2是将去耦结构安装在天线单元上，直至天线单元耦合给第二安装地点的电场减弱的流程图；
图3是FR4介质基片、两个天线单元和两个去耦结构的剖视图；
图4是图3的俯视图；
图5是FR4介质基片和两个天线单元的俯视图；
图6是天线单元安装去耦结构前后，在FR4介质基片的第一安装点和第二安装点上的电场分布图；
图7是天线单元和另一天线单元均安装去耦结构后，在FR4介质基片的第一安装点和第二安装点上的电场分布图；
图8是1×2线阵去耦前后的S参数图；
图9是8个天线单元安装去耦结构前后的1×8线阵图；
图10是在1×8线阵中，天线单元安装去耦结构前后的电场分布图；
图11是在1×8线阵中，8个天线单元安装去耦结构后的电场分布图；
图12是1×8线阵去耦前后的回波损耗图；
图13是1×8线阵去耦前后的相邻单元间的隔离度图；
图14是1×8线阵去耦前后的非相邻单元间的隔离度图。
1-FR4介质基片、2-天线单元、3-去耦结构、4-第一安装地点、5-第二安装地点、6-矩形贴片、7-地、8-T型枝节、9-哑铃型枝节、10-矩形、11-短枝节、12-横枝节、13-竖枝节、14-贴片本体、15-馈线。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图5，第一方面，本发明提供一种基于构造弱场区的去耦方法，包括：
S1、确认第一安装地点4和第二安装地点5，配置两个天线单元2和两个去耦结构3；
所述第一安装地点4和所述第二安装地点5均位于FR4介质基片1上，所述FR4介质基片1相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度为1mm，宽为70.6mm。
S2、将天线单元2安装在第一安装地点4；
两个所述天线单元2均由矩形贴片6和地7组成，所述矩形贴片6和所述地7均为金属敷层，所述矩形贴片6位于所述FR4介质基片1的上表面，所述地7位于所述FR4介质基片1的下表面，所述矩形贴片6和所述地7分别连接到同轴电缆的高电压端和低电压端；
所述矩形贴片6由贴片本体14和馈线15组成，所述馈线15与所述贴片本体14连接，且所述贴片本体14和所述馈线15均设置于所述FR4介质基片1的上表面，所述馈线15的长为15.1mm，宽为1.9mm，所述馈线15通过同轴电缆与所述地7连接，所述贴片本体14的长为20mm，宽为20.5mm；
所述地7为一个矩形，所述地7只存在于所述FR4介质基片1的下表面的一部分，即所述地7的长与所述FR4介质基片1的长相同，但所述地7的宽小于所述FR4介质基片1的宽，所述地7长为144mm，宽为23mm，所述馈线15的窄边边缘与FR4介质基片1的长边边缘之间的距离为10mm。
S3、将去耦结构3安装在天线单元2上，直至天线单元2耦合给第二安装地点5的电场减弱；具体方式为：
S31、测试天线单元2耦合给第二安装地点5的电场并记录，得到第一测试结果；
S32、将去耦结构3安装在天线单元2上；
S33、再次测试天线单元2耦合给第二安装地点5的电场，并与第一测试结果进行对比，得到对比结果；
S34、根据对比结果对去耦结构3进行调整，直至将第二安装地点5构建成弱场区。
所述去耦结构3包括T型枝节8和两个哑铃型枝节9，所述T型枝节8和两个所述哑铃型枝节9均为金属敷层，所述T型枝节8位于所述FR4介质基片1的上表面，两个所述哑铃型枝节9位于所述FR4介质基片1的下表面，从俯视图看两个所述哑铃型枝节9分置于所述矩形贴片6的两侧；
所述哑铃型枝节9包括四个矩形10和三个短枝节11，三个所述短枝节11将四个所述矩形10连接，三个所述短枝节11大小相等，四个所述矩形10面积由大变小，长和宽分别构成公差为0.9mm的和公差为0.8mm的等差数列，所述短枝节11的长为1mm，宽为0.5mm，四个所述矩形10的长和宽分别为4.5mm和4mm；3.6mm和3.2mm；2.7mm和2.4mm；1.8mm和1.6mm；
所述T型枝节8包括竖枝节13和横枝节12，所述竖枝节13设置于所述FR4介质基片1的上表面，所述横枝节12设置于所述竖枝节13上，所述竖枝节13的长为5.4mm，宽为1.7mm，所述横枝节12的长为11.1mm，宽为1.5mm。
S4、将另一天线单元2安装在第二安装地点5，同时将另一相同的去耦结构3安装在另一天线单元2上。
两个所述天线单元2的结构相同，两个所述去耦结构3的结构相同，所述天线单元2和所述另一天线单元2的所述贴片本体14之间的间距为54mm。
请参阅图6至图7，首先只有单独的所述天线单元2，观察到此时它右侧的电场很强。接着加入了所设计的所述去耦结构3，来改造电场分布，使得能量更多地集中在所述天线单元2上，于是它右侧的所述第二安装地点5的电场显著变弱，也就是说在右侧构造了一个弱场区。此处加入的所述去耦结构3必须精心设计，使得形成的弱场区的位置能够和我们想要放置所述另一天线单元2的位置(所述第二安装地点5)重合。最后将所述另一天线单元2放在弱场区中，这样一个拥有天然高隔离度的1×2线阵就组成了。
请参阅图8，S参数是表征天线性能的重要参数，其中S11用于表征天线是否正常工作，一般S11低于-10dB以下则认为天线正常工作，而S21用于表征天线单元2之间的耦合情况，值越小耦合越弱，值越大耦合越强。在分析S参数时，总是需要先观察S11，在保证S11小于-10dB的前提下，再去关心S21是否变小，一切以牺牲S11来换取S21变小的做法都不是去耦。1×2线阵去耦前后的S参数曲线如图4所示。从图4可以发现，去耦前后的S11在3.2-4.4GHz的频段内都低于-10dB，而S21在3.65-3.9GHz的频段内得到了6-16dB的提升，这就验证了基于构造弱场区的去耦方法能够实现一对相邻单元间的去耦。
请参阅图9至图14，为了验证上述基于构造弱场区的去耦方法具有优越的可扩展性，能够实现多对相邻单元间的去耦，并且能够实现多对非相邻单元间的去耦，本发明还包含利用此方法对一个1×8线阵实施去耦，此处的1×8线阵由上文的1×2线阵直接复制而成，无需额外的辅助结构或尺寸调整，因此单极子贴片和去耦结构3等各个参数的大小都与之前1×2线阵中参数的大小相同。1×8线阵的整体尺寸为70.6×588mm2。从左到右分别对应天线单元2的序号1-8。
首先只有单独的第一个单极子天线单元2，观察到此时它右侧多个位置的电场都很强。然后加入了所设计的去耦结构3，来改造电场分布，使得能量更多地集中在第一个单极子天线单元2上，于是它右侧均匀分布的各个位置的电场都被明显减弱，也就是说在右侧均匀地构造了多个弱场区。此处加入的去耦结构3仍然需要精心设计，才能够使得形成的弱场区的位置和我们想要放置第2-8个天线单元2的位置重合。最后将第2-8个单极子天线单元2放在各个弱场区中，这样一个拥有天然高隔离度的1×8线阵就组成了。
1×8线阵去耦前后各个端口的回波损耗都处于-10dB以下，而所有相邻单元间的隔离度在3.7-3.9GHz的频段内都得到了6-30dB的提升。同时所有非相邻单元间的互耦也都被显著减弱了，S31，S51和S81都得到了提升，特别是S31，它在3.9GHz附近达到一个很尖锐的最小值。事实上，不只是S31，S51和S81，还有S41，S61，S71，S42，S52，S62，S72，S53，S63，它们全部都得到了提升，但出于简洁的考虑，只给出了S31，S51和S81。在加入去耦结构3后，不只是在紧邻着的右侧产生一个弱场区，而是在右侧较远处也均匀地产生了多个弱场区，而弱场区的产生就意味着后续组阵时天然的高隔离度。
本发明的一种基于构造弱场区的去耦方法，通过确认第一安装地点4和第二安装地点5，配置两个天线单元2和两个去耦结构3；将天线单元2安装在第一安装地点4；将去耦结构3安装在天线单元2上，直至天线单元2耦合给第二安装地点5的电场减弱；将另一天线单元2安装在第二安装地点5，同时将另一相同的去耦结构3安装在另一天线单元2上，实现一对相邻单元间的去耦。基于构造弱场区的去耦方法具有优越的可扩展性，能够实现多对相邻天线单元2间的去耦，还能够实现多对非相邻天线单元2间的去耦，解决了传统的去耦方法可扩展性差从而影响非相邻单元间的去耦效果的问题，并且基于构造弱场区的去耦方法是对所期望的特定位置的电场进行有策略地改造，即能够根据去耦要求的不同对电场进行不同的改造，因此基于构造弱场区的去耦方法具有极大的灵活性。
请参阅图3至图5，第二方面，本发明提供一种基于构造弱场区的去耦装置，包括：
FR4介质基片1、两个天线单元2和两个去耦结构3，两个所述天线单元2分别设置于所述FR4介质基片1的两侧，两个所述去耦结构3分别设置于所述FR4介质基片1靠近所述天线单元2的一侧；
所述FR4介质基片1，用于安装两个所述天线单元2和两个所述去耦结构3；
所述天线单元2，用于发射电场；
所述去耦结构3，用于削弱所述天线单元2在第二安装地点所发射的电场。
通过所述FR4介质基片1上的两个所述天线单元2和两个所述去耦结构3，对所期望的特定位置的电场进行有策略地改造，即能够根据去耦要求的不同对电场进行不同的改造，因此基于构造弱场区的去耦方法具有极大的灵活性。
进一步的，所述天线单元2，用于在自由空间中发射电场，所述第一安装地点4和所述第二安装地点5均位于FR4介质基片1上。所述FR4介质基片1相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度为1mm，宽为70.6mm。
所述天线单元2包括矩形贴片6和地7，所述矩形贴片6和所述地7均为金属敷层，所述矩形贴片6设置于所述FR4介质基片1的上表面，所述地7设置于所述FR4介质基片1的下表面，所述矩形贴片6和所述地7分别连接到同轴电缆的高电压端和低电压端。
所述矩形贴片6包括贴片本体14和馈线15，所述馈线15与所述贴片本体14连接，且所述贴片本体14和所述馈线15均设置于所述FR4介质基片1的上表面，所述馈线15的长为15.1mm，宽为1.9mm，所述馈线15通过同轴电缆与所述地7连接，所述贴片本体14的长为20mm，宽为20.5mm，所述天线单元2和所述另一天线单元2的所述贴片本体14之间的间距为54mm。
所述地7为一个矩形，所述地7只存在于所述FR4介质基片1的下表面的一部分，即所述地7的长与所述FR4介质基片1的长相同，但所述地7的宽小于所述FR4介质基片1的宽，所述地7长为144mm，宽为23mm，所述馈线15的窄边边缘与FR4介质基片1的长边边缘之间的距离为10mm。
所述去耦结构3包括T型枝节8和两个哑铃型枝节9，所述T型枝节8和两个所述哑铃型枝节9均为金属敷层，所述T型枝节8设置于所述FR4介质基片1的上表面，两个所述哑铃型枝节9设置于所述FR4介质基片1的下表面，从俯视图看两个所述哑铃型枝节9分置于所述矩形贴片6的两侧。
所述哑铃型枝节9包括四个矩形10和三个短枝节11，三个所述短枝节11将四个所述矩形10连接，三个所述短枝节11大小相等，四个所述矩形10面积由大变小，长和宽分别构成公差为0.9mm的和公差为0.8mm的等差数列，所述短枝节11的长为1mm，宽为0.5mm，四个所述矩形10的长和宽分别为4.5mm和4mm；3.6mm和3.2mm；2.7mm和2.4mm；1.8mm和1.6mm。
所述T型枝节8包括竖枝节13和横枝节12，所述竖枝节13设置于所述FR4介质基片1的上表面，所述横枝节12设置于所述竖枝节13上，所述竖枝节13的长为5.4mm，宽为1.7mm，所述横枝节12的长为11.1mm，宽为1.5mm。
本发明的一种基于构造弱场区的去耦装置，旨在验证基于构造弱场区的去耦方法的去耦有效性，但基于构造弱场区的去耦方法并不依赖于任何具体的去耦装置。
以上所揭露的仅为本发明一种基于构造弱场区的去耦方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种基于构造弱场区的去耦方法，其特征在于，包括：
确认第一安装地点和第二安装地点，配置两个天线单元和两个去耦结构；
将天线单元安装在第一安装地点；
将去耦结构安装在天线单元上，直至天线单元耦合给第二安装地点的电场减弱；
将另一天线单元安装在第二安装地点，同时将另一相同的去耦结构安装在另一天线单元上；
所述将去耦结构安装在天线单元上，直至天线单元耦合给第二安装地点的电场减弱的具体方式为：
测试天线单元耦合给第二安装地点的电场并记录，得到第一测试结果；
将去耦结构安装在天线单元上；
再次测试天线单元耦合给第二安装地点的电场，并与第一测试结果进行对比，得到对比结果；
根据对比结果对去耦结构进行调整，直至将第二安装地点构建成弱场区。
2.一种基于构造弱场区的去耦装置，应用于权利要求1所述的基于构造弱场区的去耦方法，其特征在于，包括：
FR4介质基片、两个天线单元和两个去耦结构，两个所述天线单元分别设置于所述FR4介质基片的两侧，两个所述去耦结构分别设置于所述FR4介质基片靠近所述天线单元的一侧；
所述FR4介质基片，用于安装两个所述天线单元和两个所述去耦结构；
所述天线单元，用于发射电场；
所述去耦结构，用于削弱所述天线单元在第二安装地点所发射的电场。
3.如权利要求2所述的基于构造弱场区的去耦装置，其特征在于，
所述第一安装地点和所述第二安装地点均位于FR4介质基片上。
4.如权利要求3所述的基于构造弱场区的去耦装置，其特征在于，
所述FR4介质基片相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度为1mm。
5.如权利要求2所述的基于构造弱场区的去耦装置，其特征在于，
所述天线单元包括矩形贴片和地，所述矩形贴片设置于所述FR4介质基片的上表面，所述地设置于所述FR4介质基片的下表面，所述矩形贴片和所述地分别连接到同轴电缆的高电压端和低电压端。
6.如权利要求5所述的基于构造弱场区的去耦装置，其特征在于，
所述矩形贴片包括贴片本体和馈线，所述馈线和所述贴片本体连接，且所述贴片本体和所述馈线均设置于所述FR4介质基片的上表面。
7.如权利要求2所述的基于构造弱场区的去耦装置，其特征在于，
所述去耦结构包括T型枝节和两个哑铃型枝节，所述T型枝节设置于所述FR4介质基片的上表面，两个所述哑铃型枝节设置于所述FR4介质基片的下表面。
8.如权利要求7所述的基于构造弱场区的去耦装置，其特征在于，
所述哑铃型枝节包括四个矩形和三个短枝节，三个短枝节将四个矩形连接，三个所述短枝节大小相等，四个所述矩形面积由大变小，长和宽分别构成公差为0.9mm的和公差为0.8mm的等差数列。
9.如权利要求7所述的基于构造弱场区的去耦装置，其特征在于，
所述T型枝节包括竖枝节和横枝节，所述竖枝节设置于所述FR4介质基片的上表面，所述横枝节设置于所述竖枝节上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |