CN114937866A - 一种电磁结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁结构，属于通信天线领域，包括：Vivaldi天线和解耦结构，所述解耦结构设置在所述Vivaldi天线的左臂和右臂之间，并且所述解耦结构一端伸向所述Vivaldi天线的辐射端，另一端伸向所述Vivaldi天线的馈电处；所述解耦结构通过破坏耦合到所述Vivaldi天线的表面波，来抑制所述表面波转化为横电磁的过程，解耦结构只存在于天线内部，不占用天线以外的额外空间，这种电磁结构具有独立性，解耦结构只影响被耦合Vivaldi天线，不与阵列中的其他天线产生关系，因此可以进行大规模的MIMO阵列解耦，在近距离实现更高的隔离度。
Description
技术领域
本发明涉及通信天线领域，特别涉及一种电磁结构。
背景技术
多进多出(MIMO)技术具有高频谱利用效率的特点能够极大地提高信道容量，是wi-fi、5G以及6G的主要技术方案。MIMO技术在发送端和接收端都使用多根天线，在收发之间构成多个信道的天线系统。考虑到成本、美观和结构特性，为了使系统小型化，天线之间的距离会被拉近，这会恶化相邻天线之间的隔离度。隔离度的恶化会直接降低MIMO通信的通信效率和整机吞吐率。因此，天线隔离度的提升会对于MIMO技术至关重要。
Vivaldi(锥形开槽天线)具有宽带定向特性具有广泛的应用前景。然而，作为MIMO单元耦合十分严重。现有的技术方案无法解决Vivaldi天线的宽带解耦，严重限制了其在5G、6G中的MIMO和大规模MIMO的应用。
如图1(a)所示为中和线方案，在两个天线之间连接一条中和线，线上产生了和耦合信号相位相反的解耦信号，通过耦合信号和解耦信号的相互抵消实现解耦，其缺点在于，只能实现2个天线单元的结构；带宽过窄不适合宽带应用。
如图1(b)所示为列阵解耦表面(ADS)方案，天线1的信号入射到解耦单元1，激励出了解耦信号，该解耦信号和耦合信号相互抵消实现解耦，其缺点在于，不适用于大规模(massive)MIMO，ADS解耦复杂度为n2，其中n为MIMO列阵的阵元数，超过两个单元解耦会变得特别复杂，现有技术只能解决两个单元的解耦，与中线和方案类似，ADS方案也是窄带方案。
如图1(C)所示为电磁带隙结构(EBG)方案，不同于前两种方案，EBG相对于耦合信号为高阻抗表面，通过高阻抗抑制来实现解耦，其缺点在于，EBG为周期性结构，需要很大的空间，因此实践应用性差，并且EBG需要四分之一波长线的高度，因此也是窄带方案。
如图2所示为大规模MIMO示意图，如图3所示为现有技术中解耦单元的相对位置关系。中和线方案和ADS方案在解决双天线单极化耦合问题时具有优势，在解决大规模MIMO耦合问题时，目前不具备时间能力，EBG方案，解耦结构占据空间太大，无法实现紧凑布局，实用性低。
现有方案对解耦相位和尺寸要求高，因此都是窄带无法满足宽带Vivaldi天线MIMO的解耦需求。同时，如图2和图3所示，现有技术中，解耦单元都布置在天线单元的周围，导致天线MIMO阵列的间距不能太近，而且提升了成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的窄带无法满足宽带Vivaldi天线MIMO的解耦需求，同时解耦单元都布置在天线单元的周围，导致占据空间大，成本高的不足，提供一种电磁结构。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种电磁结构，包括：Vivaldi天线和解耦结构，所述解耦结构设置在所述Vivaldi天线的左臂和右臂之间，并且所述解耦结构一端伸向所述Vivaldi天线的辐射端，另一端伸向所述Vivaldi天线的馈电处；
所述解耦结构通过破坏耦合到所述Vivaldi天线的表面波，来抑制所述表面波转化为横电磁的过程。
采用上述技术方案，解耦结构只存在于天线内部，不占用天线以外的额外空间，这种电磁结构具有独立性，解耦结构只影响被耦合Vivaldi天线，不与阵列中的其他天线产生关系，因此可以进行大规模的MIMO阵列解耦，在近距离实现更高的隔离度。
作为本发明的优选方案，所述解耦结构为条状结构。
作为本发明的优选方案，所述解耦结构采用超表面结构。
作为本发明的优选方案，所述解耦结构为条状非等宽结构，所述解耦结构宽的一端为半圆，另一端为渐变变窄的结构，宽的一端伸向所述Vivaldi天线的辐射端，窄的一端伸向所述vivaldi天线的馈电处。
作为本发明的优选方案，所述左臂和所述右臂连接，所述解耦结构伸向所述馈电处的一端超过所述馈电处，并与所述左臂和所述右臂连接处连接。
作为本发明的优选方案，所述左臂和所述右臂连接，所述解耦结构伸向所述馈电处的一端超过所述馈电处，不与所述左臂和所述右臂连接处连接。
作为本发明的优选方案，所述左臂和所述右臂连接，所述解耦结构伸向所述馈电处的一端不超过所述馈电处。
作为本发明的优选方案，所述左臂和所述右臂不连接，所述解耦结构伸向所述馈电处的一端不超过所述馈电处。
作为本发明的优选方案，所述解耦结构宽的一端具有多枝节结构。
作为本发明的优选方案，所述解耦结构为多段分割结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：解耦结构只存在于天线内部，不占用天线以外的额外空间，这种电磁结构具有独立性，解耦结构只影响被耦合Vivaldi天线，不与阵列中的其他天线产生关系，因此可以进行大规模的MIMO阵列解耦，在近距离实现更高的隔离度。
附图说明
图1为本发明背景技术中现有技术解耦方案示意图；
图2为本发明背景技术中现有技术大规模MIMO示意图；
图3为本发明背景技术中现有技术解耦单元和天线单元的相对位置关系示意图；
图4为本发明实施例1所述的一种电磁结构的结构示意图；
图5为本发明实施例1所述的一种电磁结构的一种具体实施方式的结构示意图；
图6为本发明实施例1所述的一种电磁结构的一种具体实施方式的结构示意图；
图7为本发明实施例1所述的一种电磁结构的一种具体实施方式的结构示意图；
图8为本发明实施例1所述的一种电磁结构的用于PCB制造vivaldi天线的具体方案的结构示意图；
图9为本发明实施例1所述的一种电磁结构的Vivaldi天线隔离度的仿真结果；
图10为本发明实施例2所述的一种电磁结构的结构示意图；
图11为本发明实施例3所述的一种电磁结构的结构示意图；
图12为实施例4所述的一种电磁结构的结构示意图；
图中标记：1-Vivaldi天线的左臂，2-Vivaldi天线的右臂，3-馈电处，4-解耦结构。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种电磁结构，如图4所示，包括：Vivaldi天线和解耦结构4，所述解耦结构4设置在所述Vivaldi天线的左臂1和右臂2之间，并且所述解耦结构4一端伸向所述Vivaldi天线的辐射端，另一端伸向所述Vivaldi天线的馈电处3；
所述解耦结构4通过破坏耦合到所述Vivaldi天线的表面波，来抑制所述表面波转化为横电磁的过程。
所述解耦结构4为条状结构。
所述解耦结构4为条状非等宽结构，宽的一端为半圆，另一端为渐变变窄的结构，宽的一端伸向所述Vivaldi天线的辐射端，窄的一端伸向所述vivaldi天线的馈电处3。
如图5所示，所述左臂1和所述右臂2连接，所述解耦结构4伸向所述馈电处3的一端超过所述馈电处3，并与所述左臂1和所述右臂2连接处连接。
如图6所示，所述左臂1和所述右臂2连接，所述解耦结构4伸向所述馈电处3的一端超过所述馈电处3，不与所述左臂1和所述右臂2连接处连接。
如图7所示，所述左臂1和所述右臂2连接，所述解耦结构4伸向所述馈电处3的一端不超过所述馈电处3。
如图4所示，所述左臂1和所述右臂2不连接，所述解耦结构4伸向所述馈电处3的一端不超过所述馈电处3。
具体的，如图8和图9所示，目前行业水平与本申请的隔离度对比结果，加入了所述隔离结构4的所述Vivaldi天线的隔离度相对于业内现有水平提升了30dB。
实施例2
如图10所示，所述解耦结构4采用超表面结构，所述左臂1与所述右臂2连接，所述解耦结构不超过所述馈电处3。
实施例3
如图11所示，所述解耦结构4宽的一端具有多枝节结构，所述左臂1与所述右臂2不连接，所述解耦结构4不超过所述馈电处3。
实施例4
如图12所示，所述解耦结构4为多段分割结构，所述左臂1与所述右臂2连接，所述解耦结构不超过所述馈电处3。
采用上述技术方案，解耦结构只存在于天线内部，不占用天线以外的额外空间，这种电磁结构具有独立性，解耦结构只影响被耦合Vivaldi天线，不与阵列中的其他天线产生关系，因此可以进行大规模的MIMO阵列解耦，在近距离实现更高的隔离度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电磁结构，其特征在于，包括：Vivaldi天线和解耦结构，所述解耦结构设置在所述Vivaldi天线的左臂和右臂之间，并且所述解耦结构一端伸向所述Vivaldi天线的辐射端，另一端伸向所述Vivaldi天线的馈电处；
所述解耦结构通过破坏耦合到所述Vivaldi天线的表面波，来抑制所述表面波转化为横电磁的过程。
2.根据权利要求1所述的一种电磁结构，其特征在于，所述解耦结构为条状结构。
3.根据权利要求1所述的一种电磁结构，其特征在于，所述解耦结构采用超表面结构。
4.根据权利要求2所述的一种电磁结构，其特征在于，所述解耦结构为条状非等宽结构，所述解耦结构宽的一端为半圆，另一端为渐变变窄的结构，宽的一端伸向所述Vivaldi天线的辐射端，窄的一端伸向所述vivaldi天线的馈电处。
5.根据权利要求4所述的一种电磁结构，其特征在于，所述左臂和所述右臂连接，所述解耦结构伸向所述馈电处的一端超过所述馈电处，并与所述左臂和所述右臂连接处连接。
6.根据权利要求4所述的一种电磁结构，其特征在于，所述左臂和所述右臂连接，所述解耦结构伸向所述馈电处的一端超过所述馈电处，不与所述左臂和所述右臂连接处连接。
7.根据权利要求4所述的一种电磁结构，其特征在于，所述左臂和所述右臂连接，所述解耦结构伸向所述馈电处的一端不超过所述馈电处。
8.根据权利要求4所述的一种电磁结构，其特征在于，所述左臂和所述右臂不连接，所述解耦结构伸向所述馈电处的一端不超过所述馈电处。
9.根据权利要求1所述的一种电磁结构，其特征在于，所述解耦结构宽的一端具有多枝节结构。
10.根据权利要求1所述的一种电磁结构，其特征在于，所述解耦结构为多段分割结构。
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