CN115313043A - 解耦装置及解耦方法 - Google Patents

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CN115313043A CN202110488752.7A CN202110488752A CN115313043A CN 115313043 A CN115313043 A CN 115313043A CN 202110488752 A CN202110488752 A CN 202110488752A CN 115313043 A CN115313043 A CN 115313043A
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Abstract

本发明公开了一种解耦装置及解耦方法，在两个E面耦合的天线单元的中间位置的上方设置第一解耦单元，以及在天线单元的上方设置第二解耦单元，通过第一解耦单元和第二解耦单元产生与E面耦合波幅度相等、相位相反的E面散射波，E面散射波和E面耦合波相互抵消，实现E面解耦，同时，第二解耦单元也会产生H面散射波实现H面部分解耦，另外，还在两个H面耦合的天线单元的中间位置的上方设置第三解耦单元，通过第二解耦单元和第三解耦单元共同产生与H面耦合波幅度相等、相位相反的H面散射波，H面散射波和H面耦合波相互抵消，实现E面解耦；通过第一解耦单元、第二解耦单元和第三解耦单元的共同作用，实现天线阵列的E面和H面共同解耦。

Description

解耦装置及解耦方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种解耦装置及解耦方法。
背景技术
在第五代移动通信中采用了MIMO(Multiple input multiple output，多输入多输出)天线技术，该技术具有提高通信系统可靠性和增加信道容量的能力，因此被认为是5G核心技术之一。天线互耦作为一种广泛存在物理现象会显著恶化MIMO天线系统性能，造成诸如独立通道相关性增加、有源驻波恶化、增益下降以及信噪比恶化等问题。与此同时为了降低塔顶租赁成本要求天线阵面小型化，这又进一步造成互耦的增强。因此，降低天线互耦成为Massive-MIMO天线的研究重点。
在天线阵列中，可以根据天线单元间的相对位置关系将耦合模式分为E面耦合模式、H面耦合模式，以及一种介于E面耦合模式和H面耦合模式之间的对角耦合模式。现有的解耦技术仅能对实现单一耦合模式下的解耦。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种解耦装置及解耦方法，能够实现天线阵列的E面和H面共同解耦。
第一方面，本发明实施例提供一种解耦装置，应用于天线阵列，所述天线阵列包括多个天线单元，所述解耦装置包括：
介质基板，所述介质基板位于所述多个天线单元的上方；
第一解耦单元，所述第一解耦单元设置于所述介质基板，每两个E面耦合的所述天线单元的中间位置的上方设置有所述第一解耦单元；
第二解耦单元，所述第二解耦单元设置于所述介质基板，每个所述天线单元的上方设置有所述第二解耦单元；
第三解耦单元，所述第三解耦单元设置于所述介质基板，每两个H面耦合的所述天线单元的中间位置的上方设置有所述第三解耦单元。
第二方面，本发明实施例提供一种解耦方法，应用于天线阵列，所述天线阵列包括多个天线单元，所述解耦方法包括：
在每两个E面耦合的所述天线单元的中间位置的上方设置第一解耦单元；
在每个所述天线单元的上方设置第二解耦单元；
在每两个H面耦合的所述天线单元的中间位置的上方设置第三解耦单元。
本发明实施例包括：解耦装置及解耦方法，在两个E面耦合的天线单元的中间位置的上方设置第一解耦单元，以及在天线单元的上方设置第二解耦单元，通过第一解耦单元和第二解耦单元产生与E面耦合波幅度相等、相位相反的E面散射波，E面散射波和E面耦合波相互抵消，实现E面解耦，同时，第二解耦单元也会产生H面散射波实现H面部分解耦，另外，还在两个H面耦合的天线单元的中间位置的上方设置第三解耦单元，通过第二解耦单元和第三解耦单元共同产生与H面耦合波幅度相等、相位相反的H面散射波，H面散射波和H面耦合波相互抵消，实现E面解耦；通过第一解耦单元、第二解耦单元和第三解耦单元的共同作用，实现天线阵列的E面和H面共同解耦。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1是本发明实施例提供的一种解耦装置的立体示意图；
图2是本发明实施例提供的一种解耦装置的侧面示意图；
图3是本发明实施例提供的一种天线阵列的结构图；
图4是本发明实施例提供的一种解耦装置的结构图；
图5是本发明实施例提供的一种解耦装置的第一解耦单元的结构图；
图6是本发明实施例提供的一种解耦装置的第二解耦单元的结构图；
图7是本发明实施例提供的一个实施方案中使用解耦装置前后的互耦曲线图；
图8是本发明实施例提供的一个实施方案中使用解耦装置前后的回波损耗曲线图；
图9是本发明实施例提供的一个实施方案中使用解耦装置前后的方向图；
图10是本发明实施例提供的一个实施方案(2元子阵)中使用解耦装置前后的有源驻波图；
图11是本发明实施例提供的一个实施方案(2元子阵)中仅使用第一解耦单元和第二解耦单元时的E面和H面互耦曲线图；
图12是本发明实施例提供的一个实施方案中随着第三解耦单元尺寸变化时的H面互耦曲线图；
图13是本发明实施例提供的一种解耦方法的流程图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种解耦装置及解耦方法，能够实现天线阵列的E面和H面共同解耦。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
本发明的第一方面实施例提供一种解耦装置，应用于天线阵列，天线阵列包括多个天线单元，本实施例中的天线阵列以2×2的平面天线阵列200为例，平面天线阵列200如图2和图3所示，平面天线阵列200放置于反射地板300上，平面天线阵列200包括第一天线单元210、第二天线单元220、第三天线单元230和第四天线单元240，其中，第一天线单元210和第二天线单元220为H面耦合的两个天线单元，第二天线单元220和第三天线单元230为E面耦合的两个天线单元；同理，第三天线单元230和第四天线单元240也为H面耦合的两个天线单元，第一天线单元210和第四天线单元240也为E面耦合的两个天线单元；
解耦装置100覆盖于平面天线阵列200的上方，解耦装置100包括介质基板110、第一解耦单元120、第二解耦单元130和第三解耦单元140，其中：
如图1和图2所示，介质基板110位于多个天线单元的上方，即位于平面天线阵列200的上方，介质基板110仅起到对第一解耦单元120、第二解耦单元130和第三解耦单元140的物理支撑作用，介质基板110可以是一层或者多层结构，在一些可能的实施方式中，介质基板110也可以是天线罩体；
第一解耦单元120设置于介质基板110，每两个E面耦合的天线单元的中间位置的上方设置有第一解耦单元120，即：第二天线单元220和第三天线单元230的中间位置的的上方设置有第一解耦单元120，第一天线单元210和第四天线单元240的中间位置的的上方也设置有第一解耦单元120；
第二解耦单元130设置于介质基板110，每个天线单元的上方设置有第二解耦单元130，即：第一天线单元210、第二天线单元220、第三天线单元230和第四天线单元240的上方均设置有第二解耦单元130；
第三解耦单元140设置于介质基板110，每两个H面耦合的天线单元的中间位置的上方设置有第三解耦单元140，即：第一天线单元210和第二天线单元220的中间位置的上方设置有第三解耦单元140，第三天线单元230和第四天线单元240的中间位置的上方也设置有第三解耦单元140。
在本实施例中，在两个E面耦合的天线单元的中间位置的上方设置第一解耦单元120，以及在天线单元的上方设置第二解耦单元130，通过第一解耦单元120和第二解耦单元130产生与E面耦合波幅度相等、相位相反的E面散射波，E面散射波和E面耦合波相互抵消，实现E面解耦，同时，第二解耦单元130也会产生H面散射波实现H面部分解耦，另外，还在两个H面耦合的天线单元的中间位置的上方设置第三解耦单元140，通过第二解耦单元130和第三解耦单元140共同产生与H面耦合波幅度相等、相位相反的H面散射波，H面散射波和H面耦合波相互抵消，实现E面解耦；通过第一解耦单元120、第二解耦单元130和第三解耦单元140的共同作用，实现天线阵列的E面和H面共同解耦。
在一实施例中，第一解耦单元120包括一个第一金属贴片121或者包括多个沿H面方向排列的第一金属贴片121，第一解耦单元120的几何中心位于两个E面耦合的天线单元的中间位置的正上方。
需要说明的是，如图3所示，第一天线单元210和第二天线单元220为H面耦合的两个天线单元，第三天线单元230和第四天线单元240也为H面耦合的两个天线单元，图4中的H面方向为水平方向。如图4所示，在本实施例中，每个第一解耦单元120具体包括两个沿H面方向排列的第一金属贴片121，即第二天线单元220和第三天线单元230的中间位置的的上方设置有两个水平方向排列的第一金属贴片121，第一天线单元210和第四天线单元240的中间位置的的上方也设置有两个水平方向排列的第一金属贴片121。第一解耦单元120也可以只包括一个第一金属贴片121，还可以包括三个或者更多数量的第一金属贴片121，本发明对此不作限定，只需保持第一解耦单元120的几何中心位于两个E面耦合的天线单元的中间位置的正上方即可。
第一金属贴片121的形状可以为矩形、三角形、圆形、十字型、工字型、C字型或者其他类似形状。
另外，第一金属贴片121沿H面方向的长度范围为0.01λc至0.25λc，其中λc是对应于天线阵列的中心频率的电磁波波长。该尺寸范围的第一金属贴片121为电小尺寸的金属贴片。电小尺寸的金属贴片结构的电磁散射波是各向同性的，即距离相同时，不同方向上的散射波幅度和相位相等。
参照图4，在一实施例中，第一金属贴片121的外部套设有第一金属环122。
可以理解的是，第一金属贴片121的结构既可以是单一的金属贴片结构，也可以是内部嵌套结构，内部嵌套结构即为在第一金属贴片121的外部套设第一金属环122所形成的结构。采用嵌套式的金属贴片结构，有利于增强散射波幅度，提高解耦效果。
在一实施例中，每个第一金属贴片121包括多个沿垂直于H面方向排列的金属贴片。
可以理解的是，在第一解耦单元120包括多个沿H面方向排列的第一金属贴片121的基础上，每个第一金属贴片121包括多个沿垂直于H面方向排列的金属贴片，即第一解耦单元120由多个金属贴片按照二维阵列排列而成。具体地，如图5所示，第一解耦单元120包括两个沿H面方向排列的第一金属贴片121，每个第一金属贴片121又包括两个沿垂直于H面方向排列的金属贴片，即第一解耦单元120由四个金属贴片按照二维阵列排列而成。
另外，在一实施例中，每个第一金属贴片121包括多个层叠设置的金属贴片。
可以理解的是，第一金属贴片121由多个层叠的金属贴片形成三维空间结构，可以达到不同的解耦效果。
在一实施例中，第二解耦单元130包括一个第二金属贴片131或者包括多个沿E面方向排列的第二金属贴片131，第二解耦单元130的几何中心位于天线单元的正上方。
需要说明的是，如图3所示，第二天线单元220和第三天线单元230为E面耦合的两个天线单元，第一天线单元210和第四天线单元240也为E面耦合的两个天线单元，图4中的E面方向为竖直方向。如图4所示，在本实施例中，每个第二解耦单元130包括两个沿E面方向排列的第二金属贴片131，即第一天线单元210、第二天线单元220、第三天线单元230和第四天线单元240的上方均设置有两个沿竖直方向排列的第二金属贴片131。第二解耦单元220也可以只包括一个第二金属贴片131，还可以包括三个或者更多数量的第二金属贴片131，本发明对此不作限定，只需保持第二解耦单元130的几何中心位于每个天线单元的正上方即可。
第二金属贴片131的形状可以为矩形、三角形、圆形、十字型、工字型、C字型或者其他类似形状。
另外，第二金属贴片131沿E面方向的长度范围为0.01λc至0.25λc，其中λc是对应于天线阵列的中心频率的电磁波波长。该尺寸范围的第二金属贴片131为电小尺寸的金属贴片。电小尺寸的金属贴片结构的电磁散射波是各向同性的，即距离相同时，不同方向上的散射波幅度和相位相等。
参照图4，在一实施例中，第二金属贴片131的外部套设有第二金属环132。
可以理解的是，第二金属贴片131的结构既可以是单一的金属贴片结构，也可以是内部嵌套结构，内部嵌套结构即为在第二金属贴片131的外部套设第二金属环132所形成的结构。采用嵌套式的金属贴片结构，有利于增强散射波幅度，提高解耦效果。
在一实施例中，每个第二金属贴片131包括多个沿垂直于E面方向排列的金属贴片。
可以理解的是，在第二解耦单元130包括多个沿E面方向排列的第二金属贴片131的基础上，每个第二金属贴片131包括多个沿垂直于E面方向排列的金属贴片，即第二解耦单元130由多个金属贴片按照二维阵列排列而成。具体地，如图6所示，第二解耦单元130包括两个沿E面方向排列的第二金属贴片131，每个第二金属贴片131又包括两个沿垂直于E面方向排列的金属贴片，即第二解耦单元130由四个金属贴片按照二维阵列排列而成。
另外，在一实施例中，每个第二金属贴片131包括多个层叠设置的金属贴片。
可以理解的是，第二金属贴片131由多个层叠的金属贴片形成三维空间结构，可以达到不同的解耦效果。
在一实施例中，第三解耦单元140包括一个第三金属贴片131或者多个层叠设置的第三金属贴片141，第三解耦单元140的几何中心位于两个H面耦合的天线单元的中间位置的正上方。
第三解耦单元140可以仅由一个第三金属贴片141构成，也可以由多个层叠设置的第三金属贴片141构成，以达到不同的解耦效果。第三金属贴片141的形状可以为矩形、三角形、圆形、十字型、工字型、C字型或者其他类似形状。
另外，第三金属贴片141沿H面方向的长度范围为0.40λc至0.80λc，其中λc是对应于天线阵列的中心频率的电磁波波长。该尺寸范围的第三金属贴片141为电大尺寸的金属贴片，电大尺寸既是指物理长度也是指有效电流所流经长度，即电长度。
参照图4，在一实施例中，第三金属贴片141的外部套设有第三金属环142。
可以理解的是，第三金属贴片141的结构既可以是单一的金属贴片结构，也可以是内部嵌套结构，内部嵌套结构即为在第三金属贴片141的外部套设第三金属环142所形成的结构。采用嵌套式的金属贴片结构，有利于减小电大尺寸的金属贴片的物理尺寸，并增强散射波幅度，提高解耦效果。
需要说明的是，第一解耦单元120、第二解耦单元130和第三解耦单元140，可以处于同一高度，也可以处于不同高度。第一解耦单元120、第二解耦单元130和第三解耦单元140距离天线单元的高度在0.05λc至1.0λc之间。
第一解耦单元120的尺寸随着每两个E面耦合的天线单元的间距的减小而增加，但上限不超过两个H面耦合的天线单元之间的间距；第二解耦单元130的尺寸随着每两个E面耦合的天线单元之间的间距减小或者随着每两个H面耦合的天线单元之间的间距减小而增加，但上限不超过两个E面耦合的天线单元之间的间距。第三解耦单元140的尺寸由天线工作频率决定，与天线单元之间的间距无关。
第一解耦单元120、第二解耦单元130和第三解耦单元140可以根据平面天线的阵列规模，沿着x轴和y轴分别扩展，因此适用于任意天线单元数目的天线阵列。
下面，结合具体的实施例，对本发明提供的解耦装置作进一步说明。
一种应用于平面天线阵列以实现双模解耦的解耦装置100，如图1至图4，该解耦装置100覆盖于一个2×2平面天线阵列200的上方，包括：介质基板110、第一解耦单元120、第二解耦单元130和第三解耦单元140；
平面天线阵列200放置于反射地板300上，天线单元在x轴方向的阵元间距为47mm(0.55λ3.5GHz)，在y轴方向的阵元间距为43mm(0.5λ3.5GHz)；天线单元为印刷电偶极子天线；
第一解耦单元120、第二解耦单元130和第三解耦单元140均刻蚀在介质基板110的上表面；
第一解耦单元120由两个电小尺寸的第一金属贴片121构成；第一金属贴片121沿着天线H面方向排布；第一解耦单元120的几何中心位于每两个E面耦合的天线单元的中间位置的正上方；
第二解耦单元130由两个先小尺寸的第二金属贴片131构成；为了避免对第一解耦单元120解耦效果的过度影响，第二金属贴片131从天线单元的两端，沿着天线E面方向排布；第二解耦单元130的几何中心位于每一个天线单元的正上方；
第三解耦单元140由一个电大尺寸的第三金属贴片141构成，第三解耦单元140的几何中心位于每两个H面耦合的天线单元的中间位置的上方；
第一金属贴片121长度L1为16mm(0.19λ3.5GHz)，宽度W1为8mm(0.09λ3.5GHz)；
第二金属贴片131长度L2为19mm(0.22λ3.5GHz)，宽度W2为8mm(0.09λ3.5GHz)；
第三金属贴片141的长度L3+L4为46mm(0.54λ3.5GHz)，宽度W3为6mm(0.07λ3.5GHz)；
第一解耦单元120、第二解耦单元130以及第三解耦单元140位于同一高度，距离天线阵列200的距离H为14mm(0.16λ3.5GHz)；
第一金属贴片121为矩形金属贴片，并且外部再套设一个第一金属环122，用以增强散射波辐度；
第二金属贴片131为矩形金属贴片，并且外部再套设一个第二金属环132用以增强散射波辐度；
第三金属贴片141为十字形金属贴片，并且外部再套设一个十字形的第三金属环142，用以减小电大尺寸金属贴片物理尺寸，并增强散射波辐度；
需要说明的是，第一金属贴片121、第二金属贴片131形状不局限于矩形，结构不局限于环状嵌套；第三金属贴片141形状不局限于十字形，结构不局限于环状嵌套；
解耦装置100可以通过塑料支撑件固定于平面天线阵列上方，亦可以制作在天线罩体内侧。
本实例提供的应用于平面天线阵列以实现双模解耦的解耦装置100，可以在显著降低MIMO天线E面和H面互耦的基础上，进一步改善天线阻抗特性和辐射特性，具体体现在：图7为使用解耦装置前后的互耦曲线图，可以在6％的相对带宽内(3.4-3.6GHz)，实现E面和H面互耦降低10dB以上；可以在12％的相对带宽内(3.3-3.7GHz)，实现E面和H面互耦降低5dB；图8为使用解耦装置前后的回波损耗曲线图，可以使天线阻抗带宽由5.7％(3.4-3.6GHz)增加至14.5％(3.2-3.7GHz)；图9为使用解耦装置前后的方向图，可以使天线增益由8.0dBi增加至8.3dBi；图10为使用解耦装置前后的有源驻波图，可以使MIMO天线0°波束指向时的最大有源驻波由1.9降低至1.55，15°时波束指向的最大有源驻波由3.3降低至1.6；解耦装置100可以沿x轴和y轴周期拓展，使用于任意天线阵元数的平面MIMO天线；可以覆盖于MIMO天线上方，可集成于天线罩体内侧，具有结构简单、实施便捷、成本低廉的特点。
第一解耦单元120和第二解耦单元130所产生的E面散射波与E面耦合波幅度相等、相位相反，散射波和E面耦合波相互抵消，实现E面降耦。同时，第二解耦单元130所产生的H面散射波会实现H面部分降耦。如图11所示使用第一解耦单元和第二解耦单元时E面和H面互耦曲线。使用第一解耦单元、第二解耦单元后，在3.4-3.6GHz频段内，E面互耦降低10dB，H面互耦仅降低4dB。
第三解耦单元利用电大尺寸金属贴片的谐振特性，改变第二解耦单元所产生的H面散射波相位，使得第二解耦单元和第三解耦单元所产生的H面散射波与H面耦合波幅度相等，相位相反，实现H面降耦。同时第三解耦单元远离E面耦合天线，对E面解耦不会产生影响。如图7所示为，使用第一解耦单元、第二解耦单元、第三解耦单元后，H面互耦小于25dB，相较无解耦装置降低10dB。
第三解耦单元所包含的电大尺寸金属贴片的尺寸直接决定H面散射波的相位。图12所示为2元子阵列中，电大尺寸金属贴片尺寸变化时的H面互耦曲线。随着电大尺寸金属贴片尺寸变大，H面最佳解耦频段向低频移动。
通过第一解耦单元、第二解耦单元以及第三解耦单元的共同作用，实现天线E/H面共同降耦。
另外，参照图13，本发明的第二方面实施例提供解耦方法，应用于天线阵列，天线阵列包括多个天线单元，解耦方法包括以下步骤：
步骤S1310：在每两个E面耦合的天线单元的中间位置的上方设置第一解耦单元；
步骤S1320：在每个天线单元的上方设置第二解耦单元；
步骤S1330：在每两个H面耦合的天线单元的中间位置的上方设置第三解耦单元。
在本实施例中，在两个E面耦合的天线单元的中间位置的上方设置第一解耦单元，以及在天线单元的上方设置第二解耦单元，通过第一解耦单元和第二解耦单元产生与E面耦合波幅度相等、相位相反的E面散射波，E面散射波和E面耦合波相互抵消，实现E面解耦，同时，第二解耦单元也会产生H面散射波实现H面部分解耦，另外，还在两个H面耦合的天线单元的中间位置的上方设置第三解耦单元，通过第二解耦单元和第三解耦单元共同产生与H面耦合波幅度相等、相位相反的H面散射波，H面散射波和H面耦合波相互抵消，实现E面解耦；通过第一解耦单元、第二解耦单元和第三解耦单元的共同作用，实现天线阵列的E面和H面共同解耦。
在一实施例中，第一解耦单元包括一个第一金属贴片或者包括多个沿H面方向排列的第一金属贴片，第一解耦单元的几何中心位于两个E面耦合的天线单元的中间位置的正上方。
其中，第一金属贴片的形状可以为矩形、三角形、圆形、十字型、工字型、C字型或者其他类似形状；第一金属贴片的尺寸范围为0.01λc至0.25λc，其中λc是对应于天线阵列的中心频率的电磁波波长。该尺寸范围的第一金属贴片为电小尺寸的金属贴片。电小尺寸的金属贴片结构的电磁散射波是各向同性的，即距离相同时，不同方向上的散射波幅度和相位相等。此外，第一金属贴片的外部还可以套设有第一金属环，或者每个第一金属贴片包括多个沿垂直于H面方向排列的金属贴片，又或者每个第一金属贴片包括多个层叠设置的金属贴片，不同结构的第一金属贴片可以达到不同的解耦效果。
在一实施例中，解耦方法还包括以下步骤：
调节第一金属贴片的形状、数量、高度或者尺寸，使得第一解耦单元产生的E面散射波与E面耦合波幅度相等、相位相反。
第一解耦单元产生的E面散射波与E面耦合波幅度相等、相位相反，E面散射波和E面耦合波相互抵消，实现E面解耦。
在一实施例中，第二解耦单元包括一个二金属贴片或者包括多个沿E面方向排列的第二金属贴片，第二解耦单元的几何中心位于天线单元的正上方。
其中，第二金属贴片的形状可以为矩形、三角形、圆形、十字型、工字型、C字型或者其他类似形状；第二金属贴片的尺寸范围为0.01λc至0.25λc，其中λc是对应于天线阵列的中心频率的电磁波波长。该尺寸范围的第二金属贴片为电小尺寸的金属贴片。电小尺寸的金属贴片结构的电磁散射波是各向同性的，即距离相同时，不同方向上的散射波幅度和相位相等。此外，第二金属贴片的外部还可以套设有第二金属环，或者每个第二金属贴片包括多个沿垂直于E面方向排列的金属贴片，又或者每个第二金属贴片包括多个层叠设置的金属贴片，不同结构的第二金属贴片可以达到不同的解耦效果。
在一实施例中，解耦方法还包括以下步骤：
调节第二金属贴片的形状、数量、高度或者尺寸，使得第二解耦单元产生的H面散射波与H面耦合波幅度相等。
第二解耦单元产生的H面散射波可以实现H面部分解耦。
在一实施例中，第三解耦单元包括一个第三金属贴片或者多个层叠设置的第三金属贴片，第三解耦单元的几何中心位于两个H面耦合的天线单元的中间位置的正上方。
第三解耦单元可以仅由一个第三金属贴片构成，也可以由多个层叠设置的第三金属贴片构成，以达到不同的解耦效果。第三金属贴片的形状可以为矩形、三角形、圆形、十字型、工字型、C字型或者其他类似形状。第三金属贴片的尺寸范围为0.40λc至0.80λc，其中λc是对应于天线阵列的中心频率的电磁波波长。该尺寸范围的第三金属贴片为电大尺寸的金属贴片，电大尺寸既是指物理长度也是指有效电流所流经长度，即电长度。此外，第三金属贴片的外部也可以套设有第三金属环，采用嵌套式的金属贴片结构，有利于减小电大尺寸的金属贴片的物理尺寸，并增强散射波幅度，提高解耦效果。
在一实施例中，解耦方法还包括以下步骤：
调节第三金属贴片形状、层数、高度或者尺寸，使得第二解耦单元和第三解耦单元共同产生的H面散射波与H面耦合波幅度相等、相位相反。
通过第二解耦单元和第三解耦单元共同产生与H面耦合波幅度相等、相位相反的H面散射波，H面散射波和H面耦合波相互抵消，实现E面解耦。
下面，结合具体的实施例，对本发明提供的解耦方法作进一步说明。
本实例提供的应用于平面天线阵列的以实现双模解耦的方法，包括以下步骤：
第一步，设置第一解耦单元120，第一解耦单元120由一个电小尺寸的第一金属贴片121构成或者由多个电小尺寸的第一金属贴片121构成；若第一解耦单元120由多个电小尺寸的第一金属贴片121构成，多个第一金属贴片121沿着天线H面方向排布，第一解耦单元120的几何中心位于每两个E面耦合的天线单元的中间位置的正上方，通过调节第一金属贴片121的尺寸、高度、数量、形状、层数，使得第一解耦单元120产生的E面散射波与E面耦合波幅度相等、相位相反，实现E面天线降耦；
第二步，设置第二解耦单元130，第二解耦单元130由一个电小尺寸的第二金属贴片131构成或者由多个电小尺寸的第二金属贴片131构成；若第二解耦单元130由多个电小尺寸的第二金属贴片131构成，多个第二金属贴片131沿着天线E面放置。为了避免第二解耦单元130对第一解耦单元120产生较大影响，第二金属贴片131从天线两端开始，由外到内排布。第二解耦单元130的几何中心位于每个天线单元的正上方。通过调节第二金属贴片131的尺寸、数量、形状、层数，使得第二解耦单元130产生的H面散射波与H面耦合波幅度相等；
第三步，优化第一解耦单元120,通过调节第一金属贴片121尺寸，修正由于第二解耦单元130引入对E面散射波造成的影响，确保E面解耦；
第四步，设置第三解耦单元140，第三解耦单元140由一个电大尺寸的第三金属贴片141构成或多个电大尺寸的第三金属贴片141层叠构成，第三解耦单元140的几何中心位于每两个H面耦合的天线单元的中间位置的正上方。通过调节第三金属贴片141的尺寸，利用第三解耦单元140的谐振特性，使得第二解耦单元130产生H面散射波与H面耦合波相位反相，实现H面天线降耦；
第五步，优化第二解耦单元130,通过调节第二金属贴片131尺寸，修正由于第三解耦单元140引入造成的影响，确保H面解耦；
第六步，将第一解耦单元120、第二解耦单元130以及第三解耦单元140按照平面MIMO天线规模，沿x轴和y轴分别拓展，获得解耦装置实现天线E面和H面共解耦。
由于解耦单元的对称性，因此该方法不仅适用于单极化天线阵列同样适用于双极化天线阵列。
本发明实施例提供的解耦装置及解耦方法，可以在双极化MIMO天线阵列中实现更多的耦合波抑制，获得更好的耦合效果；还可以实现二维空间任意方向耦合去耦，使得基站天线去耦具有更大灵活性。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (21)

1.一种解耦装置，应用于天线阵列，所述天线阵列包括多个天线单元，其特征在于，所述解耦装置包括：
介质基板，所述介质基板位于所述多个天线单元的上方；
第一解耦单元，所述第一解耦单元设置于所述介质基板，每两个E面耦合的所述天线单元的中间位置的上方设置有所述第一解耦单元；
第二解耦单元，所述第二解耦单元设置于所述介质基板，每个所述天线单元的上方设置有所述第二解耦单元；
第三解耦单元，所述第三解耦单元设置于所述介质基板，每两个H面耦合的所述天线单元的中间位置的上方设置有所述第三解耦单元。
2.根据权利要求1所述的解耦装置，其特征在于，所述第一解耦单元包括一个第一金属贴片或者包括多个沿H面方向排列的第一金属贴片，所述第一解耦单元的几何中心位于两个E面耦合的所述天线单元的中间位置的正上方。
3.根据权利要求2所述的解耦装置，其特征在于，每个所述第一金属贴片包括多个沿垂直于H面方向排列的金属贴片。
4.根据权利要求2所述的解耦装置，其特征在于，每个所述第一金属贴片包括多个层叠设置的金属贴片。
5.根据权利要求2所述的解耦装置，其特征在于，所述第一金属贴片的外部套设有第一金属环。
6.根据权利要求2所述的解耦装置，其特征在于，所述第一金属贴片沿H面方向的长度范围为0.01λc至0.25λc，其中λc是对应于所述天线阵列的中心频率的电磁波波长。
7.根据权利要求1所述的解耦装置，其特征在于，所述第二解耦单元包括一个第二金属贴片或者包括多个沿E面方向排列的第二金属贴片，所述第二解耦单元的几何中心位于所述天线单元的正上方。
8.根据权利要求7所述的解耦装置，其特征在于，每个所述第二金属贴片包括多个沿垂直于E面方向排列的金属贴片。
9.根据权利要求7所述的解耦装置，其特征在于，每个所述第二金属贴片包括多个层叠设置的金属贴片。
10.根据权利要求7所述的解耦装置，其特征在于，所述第二金属贴片的外部套设有第二金属环。
11.根据权利要求7所述的解耦装置，其特征在于，所述第二金属贴片沿E面方向的长度范围为0.01λc至0.25λc，其中λc是对应于所述天线阵列的中心频率的电磁波波长。
12.根据权利要求1所述的解耦装置，其特征在于，所述第三解耦单元包括一个第三金属贴片或者多个层叠设置的第三金属贴片，所述第三解耦单元的几何中心位于两个H面耦合的所述天线单元的中间位置的正上方。
13.根据权利要求12所述的解耦装置，其特征在于，所述第三金属贴片沿H面方向的长度范围为0.40λc至0.80λc，其中λc是对应于所述天线阵列的中心频率的电磁波波长。
14.根据权利要求12所述的解耦装置，其特征在于，所述第三金属贴片的外部套设有第三金属环。
15.一种解耦方法，应用于天线阵列，所述天线阵列包括多个天线单元，其特征在于，所述解耦方法包括：
在每两个E面耦合的所述天线单元的中间位置的上方设置第一解耦单元；
在每个所述天线单元的上方设置第二解耦单元；
在每两个H面耦合的所述天线单元的中间位置的上方设置第三解耦单元。
16.根据权利要求15所述的解耦方法，其特征在于，所述第一解耦单元包括一个第一金属贴片或者包括多个沿H面方向排列的第一金属贴片，所述第一解耦单元的几何中心位于两个E面耦合的所述天线单元的中间位置的正上方。
17.根据权利要求16所述的解耦方法，其特征在于，还包括：
调节所述第一金属贴片的形状、数量、高度或者尺寸，使得所述第一解耦单元产生的E面散射波与E面耦合波幅度相等、相位相反。
18.根据权利要求15所述的解耦方法，其特征在于，所述第二解耦单元包括一个第二金属贴片或者包括多个沿E面方向排列的第二金属贴片，所述第二解耦单元的几何中心位于所述天线单元的正上方。
19.根据权利要求18所述的解耦方法，其特征在于，还包括：
调节所述第二金属贴片的形状、数量、高度或者尺寸，使得所述第二解耦单元产生的H面散射波与H面耦合波幅度相等。
20.根据权利要求15所述的解耦方法，其特征在于，所述第三解耦单元包括一个第三金属贴片或者多个层叠设置的第三金属贴片，所述第三解耦单元的几何中心位于两个H面耦合的所述天线单元的中间位置的正上方。
21.根据权利要求20所述的解耦方法，其特征在于，还包括：
调节所述第三金属贴片形状、层数、高度或者尺寸，使得所述第二解耦单元和所述第三解耦单元共同产生的H面散射波与H面耦合波幅度相等、相位相反。
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