CN115513663A - 一种天线系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种天线系统，用于提高天线系统的隔离度。天线系统包括：第一天线、第二天线、去耦结构件和反射板，去耦结构件包括位于同一个平面的至少三个相同结构的干涉结构件，至少三个相同结构的干涉结构件在平面上周期性排布，周期性排布的长度周期小于干涉结构件的尺寸的1.3倍。去耦结构件所在的平面与第一天线和第二天线之间的连线平行且去耦结构件位于第一天线、第二天线和反射板所包围的空间中。

Description

一种天线系统

技术领域

本申请实施例涉及通信领域，尤其涉及一种天线系统。

背景技术

在多输入多输出(multiple-in multiple-out，MIMO)系统中，天线系统中包括多个天线，天线不仅会接收其它设备发射的电磁波，还会接收相邻天线发射的电磁波，产生电磁感应耦合，获得错误的信号。错误信号影响了正常的通信和数据传输，降低了天线间的隔离度。

发明内容

本申请提供了一种天线系统，提高了天线系统的隔离度。

第一方面提供了一种天线系统：

上述天线系统包括类型为平面偶极子天线的第一天线、第二天线和起隔离电路作用的反射板以及用于与反射板配合消除天线间电磁感应耦合的去耦结构件。

去耦结构件包括至少三个相同的用于对电磁波进行相消干涉的干涉结构件，至少三个相同的干涉结构件位于同一平面，每个干涉结构件中包括至少一个环结构，环结构可以是正方形环结构、圆形环结构或正六边形环结构。

至少三个相同的干涉结构件在所处的平面上进行周期性排布，且周期性排布的长度周期小于干涉结构件的尺寸的1.3倍。例如，当环结构是正方形环结构时，周期性排布的长度周期小于干涉结构件中至少一个环结构中最大正方形环结构的边长的1.3倍；当环结构是圆形环结构时，周期性排布的长度周期小于干涉结构件中至少一个环结构中直径的1.3倍；当环结构是正六边形或正八边形等正多边形结构时，周期性排布的长度周期小于干涉结构件中至少一个环结构中两条平行边之间的距离的1.3倍。

至少三个相同的干涉结构件所位于的平面与第一天线和第二天线之间的连线平行，并且去耦结构件位于最上方为第一天线和第二天线，最下方为反射板，边缘不超过第一天线和第二天线的距离最远的边的空间中。

根据实验结果确定，当周期性排布的长度周期小于干涉结构件中最大环结构的尺寸的1.3倍以下时，对与干涉结构件所处平面的法线的角度大于等于60°小于80°的电磁波有较强的吸收效果，由于实际天线系统中部分影响隔离度的电磁波的入射角与去耦结构件平面的法线的角度呈60°-80°，从而可以吸收从第一天线经过反射板反射到达第二天线的电磁波，提高了第一天线和第二天线之间的隔离度。

同时，第一天线、第二天线与反射板所包围的空间本身存在于不包括去耦结构件的常规天线系统中，去耦结构件位于该空间中无需增大常规天线系统的体积，无需增加天线的剖面高度，提升了天线系统的小型化能力。

基于第一方面，在第一方面的第一种实施方式中：

去耦结构件包括至少四个相同的干涉结构件。

根据实验结果确定，相同的干涉结构件越多，吸收电磁波的能力越强。

基于第一方面或第一方面第一种实施方式，在第一方面的第二种实施方式中：

至少一个环结构中最大环结构的周长小于天线系统的工作波长，并且大于天线系统工作波长的0.4倍，工作波长是第一天线发射的电磁波或第二天线发射的电磁波在自由空间中的波长。

当干涉结构件中最大环结构的周长小于天线系统的工作波长并且大于天线系统工作波长的0.4倍时，根据实验结果确定干涉结构件可以吸收天线系统工作波长对应频率的电磁波。

基于第一方面、第一方面的第一种实施方式或第一方面的第二种实施方式，在第一方面的第三种实施方式中：

干涉结构件可以是圆形或方形，可以是多个环或一个环，环结构可以是缝隙型，即在金属底板上构造环结构，环结构可以是贴片型，即在介质基板上贴上环贴片。本申请中的干涉结构件可以是双环缝隙型结构件或双环贴片型结构件。

基于第一方面、第一方面的第一种至第三种实施方式，在第一方面的第四种实施方式中：

至少三个相同的干涉结构件包括至少两列干涉结构件，其中两列干涉结构件中第一列干涉结构件中最大环结构的尺寸与第二列干涉结构件中最大环结构的尺寸不同。

根据实验结果确定，每列干涉结构件中最大环结构的尺寸与干涉结构件吸收电磁波频率范围相关，当至少三个干涉结构件中包括两列最大环结构的尺寸不同的干涉结构件时，每列干涉结构件吸收的电磁波频率范围不同，去耦结构件中包括的最大环结构的尺寸不同的干涉结构件的列数越多，吸收电磁波的频率范围会越大。

基于第一方面、第一方面的第一种至第四种实施方式，在第一方面的第五种实施方式中：

去耦结构件位于第一天线、第二天线和反射板包围的空间中且与第一天线和第二天线的连线平行，第一天线与第二天线之间有空隙，去耦结构件中的部分干涉结构件可以完全或不完全位于第一天线与第二天线之间的空隙的下方，该部分干涉结构件称为相交干涉结构件，即相交干涉结构件在反射板上的正投影与第一天线或第二天线在反射板上的正投影相交。

当去耦结构件中的干涉结构件在反射板上的正投影与第一天线或第二天线相交时，根据实验结果确定，相交干涉结构件对第一天线或第二天线向正下方小角度范围辐射的电磁波的吸收能力较强。

基于第一方面、第一方面的第一种至第五种实施方式，在第一方面的第六种实施方式中：

去耦结构件位于第一天线、第二天线和反射板包围的空间中且与第一天线和第二天线的连线平行，第一天线与第二天线之间有空隙，去耦结构件中的部分干涉结构件完全位于第一天线与第二天线之间的空隙的下方，该部分干涉结构件称为分离干涉结构件，即分离干涉结构件在反射板上的正投影与第一天线或第二天线在反射板上的正投影分离。

当去耦结构件中的干涉结构件在反射板上的正投影与第一天线或第二天线分离时，根据实验结果确定，分离干涉结构件对第一天线向下方辐射并且经过反射板的反射到达第二天线的大角度范围辐射的电磁波的吸收能力较强。

基于第一方面、第一方面的第一种至第六种实施方式，在第一方面的第七种实施方式中：

去耦结构件中至少三个干涉结构件所处的平面与反射板的距离大于等于天线系统工作波长的0.1倍，至少三个干涉结构件所处的平面与反射板的距离小于第一天线或第二天线与反射板的距离，并且这两个距离的差值小于0.25倍工作波长。

第二方面提供了一种无线设备：

无线设备包括第一方面、第一方面第一种至第八种实施方式中的天线系统，无线设备包括射频芯片，射频芯片用于根据天线系统收发射频信号。

附图说明

图1为多天线无线设备架构；

图2为天线系统电磁感应耦合的原理示意图；

图3A为本申请实施例中天线系统消除电磁感应耦合的原理示意图；

图3B为本申请实施例中去耦结构件排布周期的原理示意图；

图3C为本申请实施例中周期单元的类型示意图；

图3D为本申请实施例中周期单元的尺寸示意图；

图4为本申请实施例中天线系统的一个结构示意图；

图5为本申请实施例中天线系统的一个隔离度仿真数据图；

图6为本申请实施例中天线系统的一个回波损耗仿真数据图；

图7为本申请实施例中天线系统的另一结构示意图；

图8为本申请实施例中天线系统的另一结构示意图；

图9为本申请实施例中天线系统的另一隔离度仿真数据图；

图10为本申请实施例中天线系统的另一回波损耗仿真数据图；

图11为本申请实施例中天线系统的另一结构示意图；

图12为本申请实施例中天线系统的另一结构示意图；

图13为本申请实施例中天线系统的另一结构示意图；

图14为本申请实施例中天线系统的另一隔离度仿真数据图；

图15A为本申请实施例中天线系统的另一回波损耗仿真数据图；

图15B为本申请实施例中天线系统的一个增益仿真数据图；

图16为本申请实施例中天线系统的另一结构示意图；

图17为本申请实施例中天线系统的另一隔离度仿真数据图；

图18A为本申请实施例中天线系统的另一回波损耗仿真数据图；

图18B为本申请实施例中天线系统的另一增益仿真数据图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种天线系统，用于吸收多个天线之间特定传播路径的电磁波，提高了天线系统的隔离度，并且降低了天线系统的剖面高度，提升了天线系统的小型化能力。

本申请实施例可以应用于如图1所示的多天线无线设备架构：

多天线无线设备架构中包括第一网络设备和第二网络设备，第一网络设备包括从S1至Sn的n个天线，第二网络设备包括从R1至Rn的n个天线，第一网络设备和第二网络设备之间通过多根天线进行通信。

图1所示的多天线无线设备架构中的多根天线可以具备MIMO功能，也可以具备其他的功能，具体此处不做限定，下面仅以多根天线具备MIMO功能为例对图1所示的多天线无线设备架构进行介绍：第一网络设备或第二网络设备中的天线具有接收和发送的功能，此处为了方便描述，仅以第一网络设备作为发送端，第二网络设备作为接收端进行说明。

在第一网络设备中，从信源给出的信息数据流，到达空时编码器后，形成同时从天线S1至天线Sn上发射出去的矢量输出，称这些调制符号为空时矢量符。方向为天线S1指向天线R1的空时矢量符为h₁₁，方向为天线Sn指向天线Rn的空时矢量符为h_nn。

在第二网络设备中，当天线R1至天线Rn接收到天线S1至天线Sn发出的空时矢量符后，经过空时编码器将接收的空时矢量符根据空时映射得到数据信息流。

天线是偶极子天线，偶极子天线可以有多种类型，可以是线偶极子天线，也可以是面偶极子天线，具体此处不做限定。

结合上述介绍，下面对本申请实施例中天线系统中提升隔离度的原理进行简要介绍，请参阅图2和图3A；

需要说明的是，在多天线无线设备中可以包括多个天线，为了便于理解，本申请实施例仅以两个天线为例对两个天线之间提升隔离度的原理进行介绍：

首先对现有天线系统中电磁波影响天线系统隔离度的原理进行介绍，请参阅图2：

现有的天线系统中包括第一天线、第二天线和反射板。第一天线和第二天线是平面偶极子天线，其中，影响两个天线隔离度的电磁波包括两类，一类是第一天线直接向第二天线辐射的电磁波，如图2中路径1所示；另一类是通过第一天线发射经过反射板反射到达第二天线的电磁波。在通过第一天线发射经过反射板反射的电磁波中，包括两条路径，一条传播路径是通过第一天线发射经过反射板反射一次到达第二天线的电磁波，如图2中的路径2所示；另一条传播路径是通过第一天线发射经过多次反射或折射等复杂的传播方式到达第二天线的电磁波，如图2中的路径3所示。

第一天线和第二天线中心的距离为d，第一天线或第二天线上表面距离反射板表面的高度为h，如图2所示。在路径2的电磁波中，选取经过在反射板上的反射点与第一天线和第二天线距离相同的电磁波作为路径2电磁波中的典型电磁波进行分析计算可以得到，入射电磁波与反射板法线的夹角θ的正切值tanθ＝d/2h。

根据对实际的天线产品进一步分析可以得出，在实际的天线产品中，路径2的电磁波的入射角与反射板法线的夹角在60°-80°的范围内。

需要说明的是，反射板的形状可以是整体一个板，也可以是分成几个部分，此处仅以整体为一个板进行介绍，具体不做限定。

结合图2中对现有天线系统中电磁波影响隔离度原理的介绍，下面对本申请实施例中通过设置去耦结构件消除天线系统中电磁感应耦合的原理进行介绍，请参阅图3A：

在本申请实施例中包括去耦结构件的天线系统中，去耦结构件设置在第一天线、第二天线和反射板所包围的空间中，并且去耦结构件所在的平面与第一天线和第二天线中心的连线平行。

需要说明的是，去耦结构件可以是一个整体，也可以是由多个部分组成，本实施例中仅以去耦结构件为一个整体为例，对去耦结构件的具体结构不做限定。

本申请实施例中去耦结构件对从第一天线发射经过反射板反射到达第二天线的电磁波具有吸收作用，即如图2中路径2和路径3所示的电磁波。由于经过分析得出，在实际的天线产品中，路径2所示的电磁波的入射角与反射板平面的夹角为60°-80°，所以本申请实施例中去耦结构件对入射角与去耦结构件所处平面的法线呈60°-80°的电磁波有较强的吸收效果，对入射角与去耦结构件所处平面的法向呈其他角度的电磁波也具有吸收作用，只是吸收作用相对于入射角与去耦结构件所处平面的法线呈60°-80°的电磁波的吸收作用相对较弱。

需要说明的是，本申请实施例中去耦结构件不仅仅可以吸收入射角与去耦结构件法线呈60°-80°的电磁波，所有用于吸收天线系统中路径2所示的电磁波的去耦结构件均在本申请的保护范围中。

传播路径为路径2的电磁波到达去耦结构件上表面时，其入射角与去耦结构件所处平面的法线呈60°-80会被去耦结构件吸收；传播路径为路径3的电磁波，在从第一天线发出到达反射板后，在去耦结构件和反射板之间多次反射，通过透过去耦结构件的透射波和反射波之间的相消干涉以及传播路径中的损耗，达到对传播路径为路径3的电磁波的吸收效果。

基于图3A对本申请实施例通过设置去耦结构件消除天线系统中电磁感应耦合的原理的介绍，下面对本申请实施例中去耦结构件结构设计中的电磁原理进行介绍：

当天线发出的电磁波入射到去耦结构件时，入射电磁波的一部分在去耦结构件的作用下直接被反射，得到第一反射波，入射电磁波有多少发生了反射是由去耦结构件的具体结构决定的，在本申请实施例中约有一半入射电磁波直接被去耦结构件反射。第一反射波在去耦结构件的作用下，相对于入射电磁波发生了相位变化，产生了相位差。

入射电磁波的另一部分透过了去耦结构件后得到第一透射波，第一透射波在去耦结构件的作用下相对于入射电磁波发生了相位变化，产生了相位差；

第一透射波经过金属反射板反射后得到第二反射波，当第二反射波到达去耦结构件时，透过去耦结构件中的周期单元得到第二透射波，第二透射波在去耦结构件的作用下相对于第一透射波进一步发生了相位变化，产生了相位差；当第二透射波第一反射波的相位差为180°时，第二透射波与第一反射波发生了相消干涉，使电磁波被抵消。

去耦结构件通过对入射电磁波的反射部分和透射部分进行控制，以及使经过去耦结构件作用的电磁波产生相位差并且使相位差的累积达到180°，达到“吸收”电磁波的效果。

结合图3A对去耦结构件消除天线系统电磁感应耦合的电磁原理的介绍，下面对本申请实施例中去耦结构件中具体结构的电磁原理进行介绍：

本申请实施例中去耦结构件包括至少三个干涉结构件，干涉结构件由于其周期性排布的特性而被称为周期单元。本申请实施例中部分周期单元的类型如图3B所示。

需要说明的是，去耦结构件中的周期单元包括至少一个环结构，环的形状可以为圆形、正方形、正六边形或正八边形，周期单元依据材质分类还可以包括贴片型或缝隙型两种类型，贴片型或缝隙型中贴片环或缝隙环的数量也可以是一个也可以是多个，具体此处不做限定。

结合上述介绍，下面对本申请实施例中周期单元的结构设计原理进行介绍：

根据实验结果确定，去耦结构件中周期单元的周期性排布的长度周期尺寸与吸收电磁波的入射角度相关，当周期单元中环结构的尺寸不变时，周期单元的排布尺寸越小，吸收电磁波的入射角度越大。请参阅图3C：

图3C所示的去耦结构件中，由一个介质基板和4个双方环贴片型的周期单元组成，每个周期单元中环结构的尺寸相同，其中最大环结构的尺寸为a，去耦结构件中周期单元的排布周期是指两个相邻周期单元中心的距离b。在a不变的条件下，b越小，周期单元所构成的去耦结构件可以吸收的电磁波与去耦结构件平面法线的夹角就越大。

由于实际天线产品中如图2中路径2所示的影响隔离度的电磁波的入射角与去耦结构件法线的夹角在60°-80°，所以去耦结构件吸收的电磁波入射角与去耦结构件平面法线的夹角也设置为60°-80°。

根据进一步的实验结果可以确定，当b小于1.3a，即去耦结构件中周期单元的排布周期小于周期单元中最大环结构的尺寸的1.3倍时，去耦结构件可以实现对入射角与去耦结构件的法线呈60°至80°的电磁波的较强作用的吸收。

去耦结构件中可以包括多列周期单元，周期单元的列数与去耦结构件能吸收的电磁波频率范围相关，当多列周期单元中包括至少两列尺寸不同的周期单元时，周期单元的列数越多，所能吸收的电磁波的频率范围越大。

去耦结构件中每列周期单元所包括的周期单元的数量与吸收效果相关，每列周期单元的个数越多，吸收效果越强。

周期单元中环结构的尺寸与去耦结构件吸收的电磁波的频率范围相关，当周期单元中最大环结构的尺寸小于天线系统的工作波长并且大于工作波长的0.4倍时，去耦结构件可以实现对波长为天线系统工作波长的电磁波进行吸收。

需要说明的是，周期单元中最大环结构的尺寸的下限值与介质基板或金属底板的介电常数，多个环结构之间的距离以及周期单元周期性排布的长度周期的尺寸有关。

在双环型周期单元中，内环结构和外环结构的距离也会影响周期单元所构成的去耦结构件的电磁波吸收频率，当内环结构和外环结构的边缘距离减小时，会减小电磁波的吸收频率，下面以双方环贴片型周期单元和双方环缝隙型周期单位为例对内环结构和外环结构的边缘距离对电磁波吸收频率的影响进行介绍，请参阅图3D：

外方环贴片或外方环缝隙的尺寸小于天线系统的工作波长，并且大于天线系统工作波长的0.4倍；根据实验结果确定，内方环贴片和外方环贴片的边缘距离与去耦结构件的电磁波吸收频率相关，当内方环贴片和外方环贴片的边缘距离减小时，会减小电磁波的吸收频率。

根据上述电磁原理对本申请实施例中去耦结构件和天线系统的结构进行设计，得到多个隔离度提升效果较好的天线系统，下面对本申请实施例中天线系统的结构进行介绍：

本申请实施例中，天线系统中去耦结构件的位置是与第一天线和第二天线的连线平行，可以位于第一天线或第二天线的正下方，即去耦结构件与第一天线或第二天线的投影相交，也可以位于第一天线和第二天线之间的间隔空间，即去耦结构件与第一天线或第二天线的投影不相交，下面分别进行介绍：

一、去耦结构件与第一天线或第二天线到反射板的投影相交。

本实施例中，去耦结构件与第一天线和第二天线的连线平行，去耦结构件位于第一天线、第二天线和反射板包围的空间中，去耦结构件与第一天线或第二天线的投影相交。

本实施例中，去耦结构件可以包括单列周期单元，也可以包括多列周期单元，下面分别进行介绍：

1、去耦机构件包括单列周期单元：

本实施例中，去耦结构件仅包括单列周期单元，其中单列周期单元包括至少4个周期单元。

本实施例中，去耦结构件中的周期单元可以有多种形状，可以是方环形或圆形，可以是单环或双环，周期单元的类型可以是缝隙型，也可以是贴片型，以下仅以周期单元为双方环缝隙型和双方环贴片型为例进行介绍：

(1)去耦结构件中的周期单元为双方环贴片型：

请参阅图4，本实施例中，天线系统包括第一天线、第二天线、反射板以及去耦结构件，其中去耦结构件包括单列4个周期单元，每个周期单元均为双方环贴片型周期单元。

多个干涉结构件按照一定的方式周期性排列，形成周期结构，其中每个干涉结构件称为周期结构的周期单元。本实施例中天线系统中第一天线和第二天线之间具有良好的隔离度和较小的回波损耗。

对本实施例中的结构进行仿真，可以得到本实施例中天线系统各结构件的具体尺寸以及隔离度和回波损耗的性能指标。

本实施例中天线系统的各结构件的具体尺寸如下表1所示：

表1

本实施例中天线系统的第一天线和第二天线均为平面偶极子天线，每个偶极子天线均为包括四单元的偶极子环形阵列并且包括2个引向器，第一天线的馈电中心和第二天线的馈电中心之间的距离为113mm，去耦结构件包括单列4个周期单元，每个周期单元为正方形，周期单元的类型为双方环/贴片型，即在一张介质基板上贴上两个方环形的金属贴片。

为了实现对频率范围为5.65GHz-6.05GHz的电磁波的较强吸收能力，每个周期单元的两个方环形贴片中，外方环形贴片的边长为10.2mm，外方环形贴片的宽度为0.4mm，内方环形贴片的宽度与外方环贴片的宽度相同，也是0.4mm，外方环形贴片与内方环形贴片的边缘间距为0.4mm。

为了达到去耦结构件的大角度吸收，周期单元排布的长度周期小于1.3倍的外方环边长，本实施例中以周期单元的排布周期为11.5mm为例，即周期单元中的介质基板的边长为11.5mm，也即两个周期单元的中心间距为11.5mm。

第一天线、第二天线和去耦结构件除了功能结构之外，还包括用于承载的介质基板，第一天线、第二天线和去耦结构件的介质基板相同，材质均为FR4，厚度均为1mm。

本实施例中天线系统的剖面中，反射板的剖面高度最低，第一天线和第二天线的剖面高度相同，去耦结构件的剖面高度低于第一天线或第二天线，高于反射板。第一天线或第二天线的介质基板下表面与反射板的高度为14mm，去耦结构件介质基板的下表面与反射板的高度为8mm。

需要说明的是，引向器用于调整第一天线或第二天线水平方向的圆度，本实施例第一天线或第二天线中每个天线可以包括两个引向器，也可以不包括引向器，具体此处不做限定。

基于上述表1所示的天线系统结构，得到对天线系统的各项性能的仿真效果图，请参阅图5至图6；

需要说明的是，在对天线系统的性能进行仿真时，为了模拟实际的天线产品，在仿真天线系统模型中加入了壳介质基板。

本实施例中天线系统中的壳介质基板位于第一天线和第二天线上方，与反射板大小相同且与第一天线和第二天线的连线平行，壳介质基板参数为：介质基板的相对介电常数设置为3.2，损耗角正切0.003，壳介质基板的厚度为2.5mm，壳介质基板下表面距离第一天线或第二天线介质基板上表面为2mm。

需要说明的是，本申请实施例中的天线系统可以包括壳介质基板，也可以不包括壳介质基板，上述壳介质基板的参数仅仅是一种示例，此处不做限定。

本实施例中天线系统的隔离度提升效果，即天线系统的S21参数如图5中的“有去耦结构(小型化)”所示，本实施例中天线系统的回波损耗性能指标，即天线系统的S11参数如图6中“有去耦结构(小型化)”所示。

当第一天线或第二天线支持的频率范围为5GHz-6GHz时，由图5中“有去耦结构(小型化)”可知，本实施例中天线系统在5.65GHz-6.05GHz的隔离度至少提升5dB；由图6中“有去耦结构(小型化)”可知，本实施例中天线系统的回波损耗较小，对天线自身的反射系数的影响较小，在原有天线尺寸不变的前提下仍能获得良好阻抗匹配。

(2)去耦结构件中的周期单元为双方环缝隙型。

请参阅图7，本实施例中，天线系统包括第一天线、第二天线、反射板以及去耦结构件，其中去耦结构件包括单列4个周期单元，每个周期单元均为双方环缝隙型周期单元。双方环缝隙型周期单元是在一张金属面板上，构造两个方环型的缝隙，两个方环形的缝隙的主要作用与图4所示实施例中的两个方环形贴片相同，根据如图4所示实施例的仿真思路和仿真方法，可以得到本实施例中天线系统的在达到理想的隔离度提升效果和回波损耗时各结构件的尺寸。

2、去耦结构件包括多列周期单元：

本实施例中，去耦结构件包括多列周期单元，多列周期单元中每列周期单元至少包括4个周期单元，每列周期单元所包括的周期单元的数量可以相同，也可以不同，本实施例中仅以每列周期单元所包括的周期单元的数量相同为例进行介绍。

多列周期单元可以是一个整体的去耦结构件，也可以是多个独立的部分，例如两个独立的部分，下面分别进行说明：

(1)多列周期单元是一个整体的去耦结构件：

本实施例中，去耦结构件是一个整体，可以包括多列周期单元，本实施例中仅以去耦结构件包括4列周期单元，每列周期单元包括4个周期单元为例进行介绍，请参阅图8：

需要说明的是，本申请实施例中周期单元也可以是双方环/缝隙型，也可以是双方环/贴片型，本实施例中仅以周期单元为双方环/贴片型为例进行介绍。

对如图8所示实施例中的结构进行仿真，可以得到本实施例中天线系统各结构件的具体尺寸以及隔离度和回波损耗的性能指标。

本实施例中天线系统的各结构件的具体尺寸如下表2所示：

表2

本实施例中天线系统的第一天线和第二天线均为平面偶极子天线，每个偶极子天线均为包括四单元的偶极子环形阵列并且包括2个引向器，第一天线的馈电中心和第二天线的馈电中心之间的距离为55mm，去耦结构件包括4列周期单元，每列周期单元包括4个周期单元，周期单元的类型为双方环/贴片型，即在一张介质基板上贴上两个方环形的金属贴片。

为了实现对频率范围为5.55GHz-6.05GHz的电磁波的较强的吸收能力，第一列和第四列的外方环形贴片边长相同，为10.2mm，第二列和第三列的外方环形贴片的边长相同，为9.8mm，外方环形贴片的宽度为0.4mm，内方环形贴片的宽度与外方环贴片的宽度相同，也是0.4mm，外方环形贴片与内方环形贴片的边缘间距为0.4mm。

为了达到去耦结构件的大角度吸收，周期单元排布的长度周期小于1.3倍的外方环边长，本实施例中以周期单元的排布周期为11.5mm为例，即周期单元中的介质基板的边长为11.5mm，也即两个周期单元的中心间距为11.5mm。

本实施例中天线系统的剖面中，反射板的剖面高度最低，第一天线和第二天线的剖面高度相同，去耦结构件的剖面高度低于第一天线或第二天线，高于反射板。第一天线或第二天线的介质基板下表面与反射板的高度为14mm，去耦结构件介质基板的下表面与反射板的高度为8mm。

需要说明的是，引向器用于调整第一天线或第二天线水平方向的圆度，本实施例第一天线或第二天线中每个天线可以包括两个引向器，也可以不包括引向器，具体此处不做限定。

基于上述表2的天线系统中各结构的详细尺寸，得到对天线系统的各项性能的仿真效果图，请参阅图9至图10：

需要说明的是，在对天线系统的性能进行仿真时，为了模拟实际的天线产品，在仿真天线系统模型中加入了壳介质基板。本实施例中的壳介质基板与表1所示天线系统在仿真时的壳介质基板相同，具体此处不再赘述。

本实施例中天线系统的隔离度提升效果，即天线系统的S21参数如图9中的“有去耦结构(近距离天线)”所示，回波损耗性能指标，即天线系统的S11参数如图10中“有去耦结构(近距离天线)”所示。

当第一天线或第二天线支持的频率范围为5GHz-6GHz时，由图9中“有去耦结构(近距离天线)”可知，本实施例中天线系统在5.55GHz-6.05GHz的隔离度至少提升5dB；由图10中“有去耦结构(近距离天线)”可知，本实施例中天线系统的回波损耗较小，对天线自身的反射系数的影响较小，在原有天线尺寸不变的前提下仍能获得良好阻抗匹配。

(2)多列周期单元分为去耦结构件的具有一定距离的两个部分。

本实施例中，去耦结构件包括多个具有一定距离的相同的部分，每个部分可以包括多列周期单元，本实施例中去耦结构件包括相同的具有一定距离的2个部分，每个部分可以包括2列或3列周期单元，每列周期单元包括4个周期单元，下面分别进行介绍：

需要说明的是，本申请实施例中周期单元也可以是双方环/缝隙型，也可以是双方环/贴片型，本实施例中仅以周期单元为双方环/贴片型为例进行介绍。

a.去耦结构件中每个部分包括2列周期单元：

请参阅图11，本实施例中去耦结构件包括2个部分，每个部分包括2列周期单元，每列周期单元包括4个周期单元。

对如图11所示实施例中的结构进行仿真，可以得到本实施例中天线系统各结构件的具体尺寸以及隔离度和回波损耗的性能指标。

本实施例中天线系统的各结构件的具体尺寸如下表3所示：

表3

本实施例中天线系统的第一天线和第二天线均为平面偶极子天线，每个偶极子天线均为包括四单元的偶极子环形阵列并且包括2个引向器，第一天线的馈电中心和第二天线的馈电中心之间的距离为113mm，去耦结构件分为两部分，每部分包括2列周期单元，共4列，每列周期单元包括4个周期单元，周期单元的类型为双方环/贴片型，即在一张介质基板上贴上两个方环形的金属贴片。

为了实现对频率范围为5.635-6.135GHz的电磁波的较强吸收能力，第一列和第四列的外方环形贴片边长相同，为10.4mm，第二列和第三列的外方环形贴片的边长相同，为9.8mm，外方环形贴片的宽度为0.4mm，内方环形贴片的宽度与外方环贴片的宽度相同，也是0.4mm，外方环形贴片与内方环形贴片的边缘间距为0.4mm。

为了达到去耦结构件的大角度吸收，周期单元排布的长度周期小于1.3倍的外方环边长，本实施例中以周期单元的排布周期为11.5mm为例，即周期单元中的介质基板的边长为11.5mm，也即两个周期单元的中心间距为11.5mm。

本实施例中天线系统的剖面中，反射板的剖面高度最低，第一天线和第二天线的剖面高度相同，去耦结构件的剖面高度低于第一天线或第二天线，高于反射板。第一天线或第二天线的介质基板下表面与反射板的高度为14mm，去耦结构件介质基板的下表面与反射板的高度为8mm。

需要说明的是，引向器用于调整第一天线或第二天线水平方向的圆度，本实施例第一天线或第二天线中每个天线可以包括两个引向器，也可以不包括引向器，具体此处不做限定。

基于上述表3的天线系统中各结构的详细尺寸，得到对天线系统的各项性能的仿真效果图，请参阅图5至图6：

需要说明的是，在对天线系统的性能进行仿真时，为了模拟实际的天线产品，在仿真天线系统模型中加入了壳介质基板。本实施例中的壳介质基板与表1所示天线系统在仿真时的壳介质基板相同，具体此处不再赘述。

本实施例中天线系统的隔离度提升效果，即天线系统的S21参数如图5中的“有去耦结构(与天线相叠)”所示，回波损耗性能指标，即天线系统的S11参数如图6中“有去耦结构(与天线相叠)”所示。

当第一天线或第二天线支持的频率范围为5GHz-6GHz时，由图5中“有去耦结构(与天线相叠)”可知，5.635-6.135GHz的隔离度至少提升15dB；由图6中“有去耦结构(与天线相叠)”可知，本实施例中天线系统的回波损耗较小，对天线自身的反射系数的影响较小，在原有天线尺寸不变的前提下仍能获得良好阻抗匹配。

b.去耦结构件中每个部分包括3列周期单元：

请参阅图12，去耦结构件包括具有一定距离的两个部分，每个部分包括3列周期单元，每列周期单元包括4个周期单元。

对如图12所示实施例中的结构进行仿真，可以得到本实施例中天线系统各结构件的具体尺寸以及隔离度和回波损耗的性能指标。

本实施例中天线系统的各结构件的具体尺寸如下表4所示：

表4

本实施例中天线系统的第一天线和第二天线均为平面偶极子天线，每个偶极子天线均为包括四单元的偶极子环形阵列并且包括2个引向器，第一天线的馈电中心和第二天线的馈电中心之间的距离为113mm，去耦结构件分为两部分，每部分包括3列周期单元，共6列，每列周期单元包括4个周期单元，周期单元的类型为双方环/贴片型，即在一张介质基板上贴上两个方环形的金属贴片。

为了吸收特定频率的电磁波，第一列和第六列的外方环形贴片边长相同，为10.4mm，第二列和第五列的外方环形贴片的边长相同，为9.8mm，第三列和第四列的外方环形贴片的边长相同，为9mm，外方环形贴片的宽度为0.4mm，内方环形贴片的宽度与外方环贴片的宽度相同，也是0.4mm，外方环形贴片与内方环形贴片的边缘间距为0.4mm。

为了达到去耦结构件的大角度吸收，周期单元排布的长度周期小于1.3倍的外方环边长，本实施例中以周期单元的排布周期为11.5mm为例，即周期单元中的介质基板的边长为11.5mm，也即两个周期单元的中心间距为11.5mm。

本实施例中天线系统的剖面中，反射板的剖面高度最低，第一天线和第二天线的剖面高度相同，去耦结构件的剖面高度低于第一天线或第二天线，高于反射板。第一天线或第二天线的介质基板下表面与反射板的高度为14mm，去耦结构件介质基板的下表面与反射板的高度为8mm。

需要说明的是，引向器用于调整第一天线或第二天线水平方向的圆度，本实施例第一天线或第二天线中每个天线可以包括两个引向器，也可以不包括引向器，具体此处不做限定。

基于上述表4的天线系统中各结构的详细尺寸，得到对天线系统的各项性能的仿真效果图，请参阅图5至图6：

需要说明的是，在对天线系统的性能进行仿真时，为了模拟实际的天线产品，在仿真天线系统模型中加入了壳介质基板。本实施例中的壳介质基板与表1所示天线系统在仿真时的壳介质基板相同，具体此处不再赘述。

本实施例中天线系统的隔离度提升效果，即天线系统的S21参数如图5中的“有去耦结构(宽频)”所示，回波损耗性能指标，即天线系统的S11参数如图6中“有去耦结构(宽频)”所示。

当第一天线或第二天线支持的频率范围为5GHz-6GHz时，由图5中“有去耦结构(宽频)”可知，5.15-6.65GHz的隔离度至少提升10dB；由图6中“有去耦结构(宽频)”可知，本实施例中天线系统的回波损耗较小，对天线自身的反射系数的影响较小，在原有天线尺寸不变的前提下仍能获得良好阻抗匹配。

二、去耦结构件与第一天线或第二天线到反射板的投影不相交。

本实施例中，去耦结构件与第一天线和第二天线的连线平行，去耦结构件位于第一天线、第二天线和反射板包围的空间中，并进一步位于第一天线与第二天线的缝隙与反射板包围的空间中，去耦结构件与第一天线或第二天线到反射板的投影不相交。

需要说明的是，本实施例中，去耦结构件可以包括单列周期单元，也可以包括多列周期单元；每列周期单元的数量可以相同，也可以不同；去耦机构件中的多列周期单元可以是一个整体，也可以是多个部分，具体此处不做限定。

本实施例中仅以去耦结构件包括两个部分，每个部分包括2列周期单元，每列周期单元包括5个周期单元为例进行介绍。

本实施例中，去耦结构件中的周期单元可以有多种形状，可以是方环形或圆形，可以是单环或双环，周期单元的类型可以是缝隙型，也可以是贴片型，以下仅以周期单元为双方环缝隙型和双方环贴片型为例进行介绍：

1、去耦结构件中的周期单元为双方环贴片型：

请参阅图13，本实施例中，天线系统包括第一天线、第二天线、反射板以及去耦结构件，其中去耦结构件包括两个部分，每个部分包括2列周期单元，每列周期单元包括5个周期单元。每个周期单元均为双方环贴片型周期单元。本实施例中天线系统中第一天线和第二天线之间具有良好的隔离度和较小的回波损耗。

对本实施例中的结构进行仿真，可以得到本实施例中天线系统各结构件的具体尺寸以及隔离度和回波损耗的性能指标。

本实施例中天线系统的各结构件的具体尺寸如下表5所示：

表5

本实施例中天线系统的第一天线和第二天线均为平面偶极子天线，每个偶极子天线均为包括四单元的偶极子环形阵列并且包括2个引向器，第一天线的馈电中心和第二天线的馈电中心之间的距离为113mm，去耦结构件包括两个部分，每个部分包括2列周期单元，每列周期单元包括5个周期单元，每个周期单元为正方形，周期单元的类型为双方环/贴片型，即在一张介质基板上贴上两个方环形的金属贴片。

为了实现对频率范围为5.635-6.135GHz的电磁波的较强吸收能力，第一列和第四列的外方环形贴片边长相同，为9.3mm，第二列和第三列的外方环形贴片的边长相同，为8.4mm，外方环形贴片的宽度为0.4mm，内方环形贴片的宽度与外方环贴片的宽度相同，也是0.4mm，外方环形贴片与内方环形贴片的边缘间距为0.4mm。

为了达到去耦结构件的大角度吸收，周期单元排布的长度周期小于1.3倍的外方环边长，本实施例中以周期单元的排布周期为10mm为例，即周期单元中的介质基板的边长为10mm，也即两个周期单元的中心间距为10mm。

本实施例中天线系统的剖面中，反射板的剖面高度最低，第一天线和第二天线的剖面高度相同，去耦结构件的剖面高度低于第一天线或第二天线，高于反射板。第一天线或第二天线的介质基板下表面与反射板的高度为14mm，去耦结构件介质基板的下表面与反射板的高度为9mm。

需要说明的是，引向器用于调整第一天线或第二天线水平方向的圆度，本实施例第一天线或第二天线中每个天线可以包括两个引向器，也可以不包括引向器，具体此处不做限定。

基于上述表5的天线系统中各结构的详细尺寸，得到对天线系统的各项性能的仿真效果图，请参阅图14至图15B：

需要说明的是，在对天线系统的性能进行仿真时，为了模拟实际的天线产品，在仿真天线系统模型中加入了壳介质基板。本实施例中的壳介质基板与表1所示天线系统在仿真时的壳介质基板相同，具体此处不再赘述。

本实施例中天线系统的隔离度提升效果，即天线系统的S21参数如图14中的“有去耦结构(贴片型)”所示，回波损耗性能指标，即天线系统的S11参数如图15A中的“有去耦结构(贴片型)”所示，本实施例中天线系统的75°平均增益和峰值增益如图15B所示。

当第一天线或第二天线支持的频率范围为5GHz-6GHz时，由图14中“有去耦结构(贴片型)”可知，5.635-6.135GHz的隔离度至少提升10dB；由图15A中“有去耦结构(贴片型)”可知，本实施例中天线系统的回波损耗较小，对天线自身的反射系数的影响较小，在原有天线尺寸不变的前提下仍能获得良好阻抗匹配；由图15B可知，本实施例中天线系统的峰值增益和75°平均增益的影响较小，具有良好的性能。

2、去耦结构件中的周期单元为双方环缝隙型：

请参阅图16，本实施例中，天线系统包括第一天线、第二天线、反射板以及去耦结构件，其中去耦结构件包括两个部分，每个部分包括2列周期单元，每列周期单元包括5个周期单元。每个周期单元均为双方环缝隙型周期单元。本实施例中天线系统中第一天线和第二天线之间具有良好的隔离度和较小的回波损耗。

对本实施例中的结构进行仿真，可以得到本实施例中天线系统各结构件的具体尺寸以及隔离度和回波损耗的性能指标。

本实施例中天线系统的各结构件的具体尺寸如下表6所示：

表6

本实施例中天线系统的第一天线和第二天线均为平面偶极子天线，每个偶极子天线均为包括四单元的偶极子环形阵列并且包括2个引向器，第一天线的馈电中心和第二天线的馈电中心之间的距离为113mm，去耦结构件包括两个部分，每个部分包括2列周期单元，每列周期单元包括5个周期单元，每个周期单元为正方形，周期单元的类型为双方环/缝隙型，即在一张金属面板上构造两个方环形的金属缝隙。

为了实现对频率范围为5.635-6.135GHz的电磁波的较强吸收能力，第一列和第四列的外方环形贴片边长相同，为9.3mm，第二列和第三列的外方环形贴片的边长相同，为8.7mm，外方环形贴片的宽度为0.4mm，内方环形贴片的宽度与外方环贴片的宽度相同，也是0.4mm，外方环形贴片与内方环形贴片的边缘间距为0.4mm。

为了达到去耦结构件的大角度吸收，周期单元排布的长度周期小于1.3倍的外方环边长，本实施例中以周期单元的排布周期为10mm为例，即周期单元中的介质基板的边长为10mm，也即两个周期单元的中心间距为10mm。

本实施例中天线系统的剖面中，反射板的剖面高度最低，第一天线和第二天线的剖面高度相同，去耦结构件的剖面高度低于第一天线或第二天线，高于反射板。第一天线或第二天线的介质基板下表面与反射板的高度为14mm，去耦结构件介质基板的下表面与反射板的高度为9mm。

需要说明的是，引向器用于调整第一天线或第二天线水平方向的圆度，本实施例第一天线或第二天线中每个天线可以包括两个引向器，也可以不包括引向器，具体此处不做限定。

基于上述表6的天线系统中各结构的详细尺寸，得到对天线系统的各项性能的仿真效果图，请参阅图17至图18B：

需要说明的是，在对天线系统的性能进行仿真时，为了模拟实际的天线产品，在仿真天线系统模型中加入了壳介质基板。本实施例中的壳介质基板与表1所示天线系统在仿真时的壳介质基板相同，具体此处不再赘述。

本实施例中天线系统的隔离度提升效果，即天线系统的S21参数如图17中的“有去耦结构(缝隙型)”所示，回波损耗性能指标，即天线系统的S11参数如图18A中的“有去耦结构(缝隙型)”所示，本实施例中天线系统的75°平均增益和峰值增益如图18B所示。

当第一天线或第二天线支持的频率范围为5GHz-6GHz时，由图17中“有去耦结构(贴片型)”可知，5.635-6.135GHz的隔离度至少提升10dB；由图18A中“有去耦结构(贴片型)”可知，本实施例中天线系统的回波损耗较小，对天线自身的反射系数的影响较小，在原有天线尺寸不变的前提下仍能获得良好阻抗匹配；由图18B可知，本实施例中天线系统的峰值增益和75°平均增益的影响较小，具有良好的性能。

Claims (9)

1.一种天线系统，其特征在于，包括：第一天线、第二天线、去耦结构件和反射板；

所述去耦结构件包括至少三个干涉结构件，所述至少三个干涉结构件位于同一个平面，所述至少三个干涉结构件的结构相同，所述干涉结构件包括至少一个环结构；

所述至少三个干涉结构件在所述平面上周期性排布，所述周期性排布的长度周期小于所述干涉结构件的尺寸的1.3倍；

所述平面与所述第一天线和第二天线之间的连线平行且所述去耦结构件位于所述第一天线、所述第二天线和所述反射板所包围的空间中。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述去耦结构件包括至少四个所述干涉结构件。

3.根据权利要求1或2所述的天线系统，其特征在于，

所述至少一个环结构中最大环结构的周长小于所述天线系统的工作波长且大于所述工作波长的0.4倍，所述工作波长是所述天线系统的工作频段对应的电磁波在自由空间中的波长。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线系统，其特征在于，

所述干涉结构件为双环缝隙型结构件或双环贴片型结构件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线系统，其特征在于，

所述至少三个干涉结构件在第一列干涉结构件中，所述去耦结构件还包括第二列干涉结构件，所述第二列干涉结构件中的干涉结构件的结构相同，所述第一列干涉结构件中的干涉结构件的尺寸与所述第二列干涉结构件中的干涉结构件的尺寸不同。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线系统，其特征在于，

所述去耦结构件包括相交干涉结构件，所述相交干涉结构件在所述反射板上的正投影与所述第一天线或所述第二天线在所述反射板上的正投影相交。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线系统，其特征在于，

所述去耦结构件包括分离干涉结构件，所述分离干涉结构件在所述反射板上的正投影与所述第一天线或所述第二天线在所述反射板上的正投影分离。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的天线系统，其特征在于，

所述平面与所述反射板的距离大于等于所述天线系统的工作波长的0.1倍，所述距离小于所述第一天线或所述第二天线与所述反射板的高度，且所述高度与所述距离的差值小于等于0.25倍所述工作波长，所述工作波长是所述天线系统的工作频段对应的电磁波在自由空间中的波长。

9.一种无线设备，其特征在于，包括射频芯片和如权利要求1至8中任一项所述的天线系统；

所述射频芯片用于用所述天线系统收发射频信号。

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