CN117410713B - 用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备以及包含有该设备的天线阵列 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备以及包含有该设备的天线阵列，天线去耦设备包括具有顶面和底面的接地板，接地板包括交替设置的多层隔离层和吸收层、设在吸收层上的谐振吸收印刷线、设在接地板内并连通接地板顶面和底面的馈线通道、设在接地板内并连通两个相邻吸收层上的谐振吸收印刷线的层间连线以及第一端位于接地板外，第二端穿过接地板的顶面后延伸至与顶面相邻的吸收层上的信号引导线。天线阵列包括上述用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备。本申请公开的用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备以及包含有该设备的天线阵列，通过在现有结构中增加层间主动吸收的方式来提高高低频嵌套天线中高频天线与低频天线的隔离度。

Description

用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备以及包含有该设备的天 线阵列

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其是涉及一种用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备以及包含有该设备的天线阵列。

背景技术

简单来说，天线耦合是发射天线所发射的电磁波直接被接收天线接收，产生耦合的本质原因主要有空间耦合和地板耦合两种。空间耦合是指空间波引起的互耦，是指受各种场（辐射远场、辐射近场或感应近场）的作用激励天线单元的天线体能量被耦合到相邻的天线单元上，从而产生耦合电流。地板耦合是指激励的馈电端或者微带馈线和地板产生耦合，耦合电流通过地板表面传输到其它天线单元上，从而产生天线之间的耦合。

高低频嵌套天线可以进一步提高对空间的利用率，该技术在MIMO技术中可以使天线矩阵的体积进一步缩小，但是也会导致天线间的耦合现象愈发严重。为了解决该问题，可以在高频天线与低频天线之间增加隔离单元，但是这种方式会增加天线矩阵的体积和结构复杂度；或者可以使用大口径天线的方式通过牺牲体积的方式来增加天线间距。

发明内容

本申请提供一种用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备以及包含有该设备的天线阵列，通过在现有结构中增加层间主动吸收的方式来提高高低频嵌套天线中高频天线与低频天线的隔离度。

本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供了一种用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备，包括：

接地板，具有顶面和底面，接地板包括交替设置的多层隔离层和吸收层；

谐振吸收印刷线，设在吸收层上；

馈线通道，设在接地板内，馈线通道连通接地板顶面和底面；

层间连线，设在接地板内，层间连线连通两个相邻吸收层上的谐振吸收印刷线；

信号引导线，第一端位于接地板外，第二端穿过接地板的顶面后延伸至与顶面相邻的吸收层上；

其中，馈线通道穿过谐振吸收印刷线；

接地板的顶面和底面分别位于两个隔离层上。

在第一方面的一种可能的实现方式中，馈线通道位于接地板的中心处；

谐振吸收印刷线和信号引导线围绕馈线通道均匀设置。

在第一方面的一种可能的实现方式中，谐振吸收印刷线包括环形吸收区域和环形吸收与引导区域；

环形吸收区域的宽度等于环形吸收与引导区域的宽度；

环形吸收与引导区域与多个层间连线连接，多个层间连线围绕馈线通道均匀设置且每个层间连线与馈线通道的最小距离均不相同。

在第一方面的一种可能的实现方式中，信号引导线的数量为多个；

与馈线通道轴线垂直且相交任意一条直线将多个信号引导线分为两组，两组信号引导线关于所述直线不对称。

在第一方面的一种可能的实现方式中，两组信号引导线位于接地板以外的天线体关于所述直线不对称。

第二方面，本申请提供了一种天线阵列，包括：

如第一方面及第一方面任意实现方式中所述的天线去耦设备；

低频辐射单元，设在接地板上；以及

高频辐射单元，设在接地板上且位于低频辐射单元内部；以及

低频辐射单元包括两组对称设置的天线，同一组中的一个天线迎向高频辐射单元的一侧上设有抗耦合件。

在第二方面的一种可能的实现方式中，抗耦合件位于天线的末端。

在第二方面的一种可能的实现方式中，靠近高频辐射单元的方向上，抗耦合件的宽度大于等于抗耦合件所在天线处的天线的宽度。

在第二方面的一种可能的实现方式中，天线的最小截面迎向高频辐射单元。

在第二方面的一种可能的实现方式中，天线包括迎向高频辐射单元的第一天线体和远离高频辐射单元的第二天线体；

抗耦合件位于第一天线体上；

第一天线体和第二天线体之间存在印刷隔离屏障。

整体而言，本申请的用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备以及包含有该设备的天线阵列，通过部署多层吸收层的方式来降低高频辐射单元与低频辐射单元之间的地板耦合，再使用局部不对称结构的方式来降低高频辐射单元与低频辐射单元之间的空间耦合。两种降低耦合措施的集合，能够有效提高高低频嵌套天线中高频辐射单元与低频辐射单元之间的隔离度。

附图说明

图1是本申请提供的一种天线去耦设备的俯视图。

图2是本申请提供的一种接地板的内部层结构示意图。

图3是基于图1给出的谐振吸收印刷线的位置示意图。

图4是本申请提供的一种谐振吸收印刷线的结构性示意图。

图5是本申请提供的一种谐振吸收印刷线的区域划分示意图。

图6是本申请提供的一种多个谐振吸收印刷线的连接示意图。

图7是本申请提供的一种信号引导线的分布性示意图。

图8是本申请提供的一种天线阵列的结构性示意图。

图9是本申请提供的一种天线阵列中的一个天线的结构性示意图。

图10是本申请提供的一种低频辐射单元上天线的分组性示意图。

图11是本申请提供的携带有抗耦合件的天线的结构展开图。

图12是本申请提供的不携带抗耦合件的天线的结构展开图。

图13是本申请提供的一种天线上区域的划分性示意图。

图14是本申请提供的一种印刷隔离屏障的结构性示意图。

图中，1、接地板，2、谐振吸收印刷线，3、馈线通道，4、层间连线，5、信号引导线，6、低频辐射单元，7、高频辐射单元，11、隔离层，12、吸收层，21、环形吸收区域，22、环形吸收与引导区域，61、天线，62、抗耦合件，101、顶面，102、底面，201、封闭圆环，202、连接线，203、谐振环组，611、第一天线体，612、第二天线体，613、印刷隔离屏障。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请中的技术方案作进一步详细说明。

本申请公开了一种用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备，在一些例子中，天线去耦设备包括接地板1、谐振吸收印刷线2、馈线通道3、层间连线4和信号引导线5，请参阅图1和图2，接地板1具有顶面101和底面102，此处对于顶面101和底面102的定义，以接地板1放置在水平面上为参考，接地板1上与水平面接触的面为底面102，与底面102相对的面为顶面101。

接地板1由交替设置的多层隔离层11和吸收层12组成，位于最上层和最下层的均为隔离层11，也就是接地板1的顶面101和底面102均位于隔离层11上。

馈线通道3设置在接地板1内并连通地板1的顶面101和底面102，作用是供馈线与高低频嵌套天线中的高频天线和低频天线连接。

馈线通道3穿过谐振吸收印刷线2，也就是说，馈线通道3的周围均布有谐振吸收印刷线2，谐振吸收印刷线2可以在馈线通道3的周围形成一道物理屏障，用以拦截由馈线产生的耦合电流。

在一些可能的实现方式中，请参阅图1和图3，馈线通道3位于接地板1的中心处，谐振吸收印刷线2（图3中的虚线区域）和信号引导线5围绕馈线通道3均匀设置。

请参阅图4，每一层吸收层12上都印刷有谐振吸收印刷线2，谐振吸收印刷线2的作用是对降低或者说拦截耦合电流通过接地板1的表面（主要是顶面101）进行传输。

层间连线4位于接地板1内，层间连线4的作用是连通两个相邻吸收层12上的谐振吸收印刷线2，使耦合电流的流动路径得以延长。信号引导线5的第一端位于接地板1外，第二端穿过接地板1的顶面101后延伸至与顶面101相邻的吸收层12上，作用是将顶面101上的耦合电流引入到谐振吸收印刷线2上。

整体而言，本申请通过将顶面101（接地板1表面）上的耦合电流主动引入到谐振吸收印刷线2上进行处理的方式，可以同时处理高频天线和低频天线在工作过程中产生的耦合电流，因为信号引导线5在引导耦合电流进入到谐振吸收印刷线2上时，不具有方向选择性。

同时借助均匀布置在馈线通道3四周的谐振吸收印刷线2，可以实现对顶面101（接地板1表面）上耦合电流的高效捕捉。顶面101（接地板1表面）上的耦合电流进入到谐振吸收印刷线2所在区域后，会被谐振吸收印刷线2吸收。

并且多个谐振吸收印刷线2还会通过层间连线4连接，这就相当于在有限的空间内延长了耦合电流的流动距离，可以使耦合电流能够被完全吸收。

在一些可能的实现方式中，请参阅图5，每一个吸收层12上的谐振吸收印刷线2分为两个区域，分别是环形吸收区域21和环形吸收与引导区域22（以图5中的虚线圆为划分界线），环形吸收区域21的作用是吸收耦合电流，环形吸收与引导区域22的作用是吸收耦合电流以及将部分无法吸收的耦合电流传递至下一层的吸收层12上的谐振吸收印刷线2。

在该种结构中，每一个吸收层12上的环形吸收区域21和环形吸收与引导区域22的位置分布均不相同，以第一层为例，该层中环形吸收区域21位于环形吸收与引导区域22的内侧，那么在第二层中，环形吸收区域21会位于环形吸收与引导区域22的外侧，以此类推，如图6所示。

在一些可能的实现方式中，环形吸收区域21的宽度等于环形吸收与引导区域22的宽度，并且一个环形吸收与引导区域22同时与多个层间连线4连接，多个层间连线4围绕馈线通道3均匀设置且每个层间连线4与馈线通道3的最小距离均不相同。

请参阅图7，层间连线4的布置方式的作用是拓宽耦合电流移动至下一层吸收层12上的谐振吸收印刷线2的通道。因为如果仅在谐振吸收印刷线2的末端（按照耦合电流的流动方向）处布置层间连线4，势必会导致谐振吸收印刷线2末端处的电流值过大，耦合电流存在冲破谐振吸收印刷线2束缚的可能。

因此在本申请中，使用了前置引导的方式来使部分耦合电流能够提前流入到下一层吸收层12上的谐振吸收印刷线2。

在一些可能的实现方式中，请参阅图4，谐振吸收印刷线2由两个封闭圆环201、位于两个封闭圆环201之间的连接线202和两个封闭圆环201之间的谐振环组203组成，两个封闭圆环201的直径不同但是同心设置。

连接线202的一端为自由端，另一端与其中一个封闭圆环201连接，在封闭圆环201的周向方向上，连接线202间隔设置，与内侧封闭圆环201连接的连接线202和与外侧封闭圆环201连接的连接线202交替设置。谐振环组203由两个具有开口的套环组成，这两个套环上的开口方向相反，外侧套环上的开口朝向连接线202。

耦合电流在进入到谐振吸收印刷线2上后，会由连接线202引导至谐振环组203处，然后再由谐振环组203进行吸收。

在一些例子中，信号引导线5的数量为多个，并且在与馈线通道3轴线垂直且相交任意一条直线将多个信号引导线5分为两组，两组信号引导线5关于所述直线不对称。

增加信号引导线5数量的方式可以提高对耦合电流的捕捉概率，而使用不对称设计的方式可以降低高频天线和低频天线在工作时的信号损失量。应理解，如果信号引导线5使用了对称结构，那么势必会导致出现空间耦合的概率增加。

这样会使高频天线和低频天线在工作时的一部分信号被信号引导线5引导至谐振吸收印刷线2处并被谐振吸收印刷线2吸收，因此在本申请中信号引导线5使用了非对称的结构设计。

进一步地，两组信号引导线5位于接地板1以外的天线体关于所述直线不对称，也就是信号引导线5位于接地板1以内的部分可以使用对称结构设计，因为该部分结构不会导致空间耦合。

本申请还公开了一种天线阵列，在一些例子中，请参阅图8和图9，天线阵列包括上述内容中记载的任意一种天线去耦设备、低频辐射单元6和高频辐射单元7。低频辐射单元6固定在接地板1上，高频辐射单元7固定在接地板1上且位于低频辐射单元6内部。

高频辐射单元7包括两组对称设置的高频天线，如图10所示，低频辐射单元6包括两组对称设置的天线61（图中包括四个天线61，其中对角设置的两个用粗实线所示的天线61为一组，另一种对角设置的两个用细实线所示的天线61为一组），同一组中的一个天线61迎向高频辐射单元7的一侧上设有抗耦合件62，对比图11和图12。

抗耦合件62的作用是使天线61迎向高频辐射单元7的一侧上具有不对称性，目的是降低空间耦合，但是同一组中的两个天线61远离高频辐射单元7的一侧采用对称设计，可以保证低频辐射单元6的正常收发信号。

在一些例子中，请参阅图11，靠近高频辐射单元7的方向上，抗耦合件62的宽度（图11中的S1）大于等于抗耦合件62所在天线61处的天线61的宽度（图11中的S2），这样可以提高抗耦合件62在降低空间耦合方面的作用。因为在靠近高频辐射单元7的方向上，抗耦合件62的宽度越大，对同一组中的两个天线61的不对称度的影响也就越大。

在一些可能的实现方式中，靠近高频辐射单元7的方向上，抗耦合件62的宽度等于抗耦合件62所在天线61处的天线61的宽度。

在一些例子中，抗耦合件62位于天线61的末端，目的是尽可能的降低天线61上不对称部分的长度在天线61总长度中的占比，用以尽可能的降低抗耦合件62对天线61性能的影响。

在一些例子中，天线61的最小截面迎向高频辐射单元7，目的是尽可能的避免出现空间耦合，或者可以描述为尽可能的避免高频辐射单元7，发出的信号被天线61接收。

此处可以将天线61看作由与接地板1固定连接的支撑体和固定在支撑体上的收发体两部分组成，收发体的数量为两个，对称位于支撑体的两侧，收发体的结构形状为片状，如图11所示。图11中的收发体与接地板1的夹角为90度，当需要天线61的最小截面迎向高频辐射单元7时，收发体与接地板1的夹角需要小于90度，具体夹角需要根据低频辐射单元6与高频辐射单元7的相对高度确定。

在一些例子中，请参阅图13，天线61包括迎向高频辐射单元7的第一天线体611和远离高频辐射单元7的第二天线体612，第一天线体611和第二天线体612依靠位于第一天线体611和第二天线体612之间的印刷隔离屏障613划分，也就是第一天线体611和第二天线体612仅仅是对天线61从尺寸维度或者说区域维度上进行划分。

抗耦合件62位于第一天线体611上。

印刷隔离屏障613的作用是隔离第一天线体611和第二天线体612，这样即使在第一天线体611处出现了空间耦合现象，产生的耦合电流也能够被印刷隔离屏障613拦截，从而降低对第二天线体612产生的影响。

在一些可能的实现方式中，印刷隔离屏障613如图14所示，印刷隔离屏障613迎向第一天线体611和第二天线体612的一侧均为开放形式。

从另一个角度描述，天线61工作时通过第一天线体611发出的信号，因为第一天线体611存在结构上的不对称性，该部分信号也难以被高频辐射单元7接收到。

也就是说，通过第一天线体611、第二天线体612和印刷隔离屏障613，既能够在一定程度上降低高频辐射单元7发出信号被低频辐射单元6接收到的概率，也能够降低低频辐射单元6发出信号被高频辐射单元7接收到的概率。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备，其特征在于，包括：

接地板（1），具有顶面（101）和底面（102），接地板（1）包括交替设置的多层隔离层（11）和吸收层（12）；

谐振吸收印刷线（2），设在吸收层（12）上；

馈线通道（3），设在接地板（1）内，馈线通道（3）连通接地板（1）顶面（101）和底面（102）；

层间连线（4），设在接地板（1）内，层间连线（4）连通两个相邻吸收层（12）上的谐振吸收印刷线（2）；

信号引导线（5），第一端位于接地板（1）外，第二端穿过接地板（1）的顶面（101）后延伸至与顶面（101）相邻的吸收层（12）上；

其中，馈线通道（3）穿过谐振吸收印刷线（2）；

接地板（1）的顶面（101）和底面（102）分别位于两个隔离层（11）上；

谐振吸收印刷线（2）包括环形吸收区域（21）和环形吸收与引导区域（22）；

环形吸收区域（21）的宽度等于环形吸收与引导区域（22）的宽度；

环形吸收与引导区域（22）与多个层间连线（4）连接，多个层间连线（4）围绕馈线通道（3）均匀设置且每个层间连线（4）与馈线通道（3）的最小距离均不相同；

环形吸收区域（21）的作用是吸收耦合电流；

环形吸收与引导区域（22）的作用是吸收耦合电流以及将部分无法吸收的耦合电流传递至下一层的吸收层（12）上的谐振吸收印刷线（2）；

每一个吸收层（12）上的环形吸收区域（21）和环形吸收与引导区域（22）的位置分布均不相同，

第一层中环形吸收区域（21）位于环形吸收与引导区域（22）的内侧，那么在第二层中，环形吸收区域（21）会位于环形吸收与引导区域（22）的外侧，以此类推。

2.根据权利要求1所述的用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备，其特征在于，馈线通道（3）位于接地板（1）的中心处；

谐振吸收印刷线（2）和信号引导线（5）围绕馈线通道（3）均匀设置。

3.根据权利要求1或2所述的用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备，其特征在于，信号引导线（5）的数量为多个；

与馈线通道（3）轴线垂直且相交任意一条直线将多个信号引导线（5）分为两组，两组信号引导线（5）关于所述直线不对称。

4.根据权利要求3所述的用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备，其特征在于，两组信号引导线（5）位于接地板（1）以外的天线体关于所述直线不对称。

5.一种天线阵列，其特征在于，包括：

如权利要求1至4中任意一项所述的天线去耦设备；

低频辐射单元（6），设在接地板（1）上；以及

高频辐射单元（7），设在接地板（1）上且位于低频辐射单元（6）内部；以及

低频辐射单元（6）包括两组对称设置的天线（61），同一组中的一个天线（61）迎向高频辐射单元（7）的一侧上设有抗耦合件（62）。

6.根据权利要求5所述的天线阵列，其特征在于，抗耦合件（62）位于天线（61）的末端。

7.根据权利要求5或6所述的天线阵列，其特征在于，靠近高频辐射单元（7）的方向上，抗耦合件（62）的宽度大于等于抗耦合件（62）所在天线（61）处的天线（61）的宽度。

8.根据权利要求7所述的天线阵列，其特征在于，天线（61）的最小截面迎向高频辐射单元（7）。

9.根据权利要求7所述的天线阵列，其特征在于，天线（61）包括迎向高频辐射单元（7）的第一天线体（611）和远离高频辐射单元（7）的第二天线体（612）；

抗耦合件（62）位于第一天线体（611）上；

第一天线体（611）和第二天线体（612）之间存在印刷隔离屏障（613）。