一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列制造技术

本发明专利技术涉及一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列，包含上层介质基板，下层介质基板，接地平面，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ和微带去耦网络结构，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ和微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ均印刷在上层介质基板的上表面；接地平面印刷在上层介质基板和下层介质基板之间，微带去耦网络结构印刷在下层介质基板的下表面。微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ在上层介质基板上表面呈直线排列，且沿介质基板中心呈左右对称分布。本发明专利技术能够明显的提高相邻天线阵元间在工作频段的隔离度。

A highly isolated three element microstrip planar antenna array

The invention relates to a highly isolated three-element microstrip planar antenna array, comprising an upper dielectric substrate, a lower dielectric substrate, a ground plane, a microstrip planar antenna element radiation patch I, a microstrip planar antenna element radiation patch II, a microstrip planar antenna element radiation patch III and a microstrip decoupling network structure, and a microstrip plane antenna element radiation patch I. The surface antenna element radiation patch I, the microstrip planar antenna element radiation patch II and the microstrip planar antenna element radiation patch III are printed on the upper surface of the upper dielectric substrate; the ground plane is printed between the upper dielectric substrate and the lower dielectric substrate; and the microstrip decoupling network structure is printed on the lower surface of the lower dielectric substrate. Microstrip planar antenna element radiation patch I, microstrip planar antenna element radiation patch II and microstrip planar antenna element radiation patch III are arranged in a straight line on the surface of the upper dielectric substrate, and distributed symmetrically along the center of the dielectric substrate. The invention can obviously improve the isolation degree between the adjacent antenna array elements in the working frequency band.

【技术实现步骤摘要】
一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列
本专利技术属于移动通信
，涉及一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列。
技术介绍
移动通信技术的发展日新月异，通信系统对于传输速率和信道容量的不断要求不断提高。多输入多输出(MIMO)技术因其不增加传输带宽和发射功率便可大幅度提升信道容量的优点而获得了广泛的关注和应用。但是，集成的MIMO系统中阵元间距较小，导致各个天线辐射阵元相互影响，产生互耦效应，从而使天线阵列的整体辐射性能衰退，降低通信系统的收发效率。因此，实现MIMO技术必须解决多端口天线阵列的耦合问题。为了提高天线阵列阵元之间的隔离度，常见的有在阵元之间加载谐振器或缺陷地结构等方法，但是该类方法偶然性较大，缺乏系统性。所以，多端口天线阵列的系统性的去耦方法仍需关注与研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列，通过添加基于邻近阵元的微带去耦网络，相邻天线阵元间的隔离度在工作频段上得到了明显的提高。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列，包含上层介质基板，下层介质基板，接地平面，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ和微带去耦网络结构，所述微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ和微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ均印刷在上层介质基板的上表面；所述接地平面印刷在所述上层介质基板和下层介质基板之间，所述微带去耦网络结构印刷在所述下层介质基板的下表面；所述微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ在所述上层介质基板上表面呈直线排列，且沿介质基板中心呈左右对称分布，相邻两天线阵元之间的间距相等。进一步，所述天线阵列的馈电方式均为同轴馈电。进一步，所述上层介质基板和下层介质基板均采用FR4材料制成。进一步，所述天线阵列的天线阵元1和天线阵元2组成的二元天线阵列的阻抗矩阵为：其中，Z11表示天线阵元1的自阻抗，Z12表示天线阵元1和天线阵元2之间的互阻抗，Z22表示天线阵元2的自阻抗，Z21表示天线阵元1和天线阵元2之间的互阻抗，Z11＝Z22，Z12＝Z21。进一步，将阻抗矩阵的特征值和特征向量分别表示为Za＝Z11+Z12，Zb＝Z11-Z12和ea＝[1,1]，eb＝[1,-1]，将特征向量作为激励加载到天线阵列的馈电部分，则在模式a和模式b情况下天线阵元的输入导纳分别为：Yina＝1/(Z1×(Za+jZ1tanθ1)/(Z1+jZatanθ1))+jtan(θ2/2)/Z2Yinb＝1/(Z1×(Zb+jZ1tanθ1)/(Z1+jZbtanθ1))-j/(tan(θ2/2)×Z2)其中，Z1表示微带去耦网络结构中串联微带线的特性阻抗，Z2表示微带去耦网络结构中并联微带线的特性阻抗，θ1表示微带去耦网络结构中串联微带线的电长度，θ2表示微带去耦网络结构中并联微带线的电长度，j为虚数单位；令Yina＝Yinb，得出微带线的电长度θ1和θ2。进一步，在求解的微带线的电长度的基础上，增加特性阻抗为Z0的并联微带支节对天线阵列进行匹配。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过加载基于邻近阵元的微带去耦网络对三阵元微带平面天线直线阵列进行去耦，使得相邻天线阵元之间的隔离度在工作频段内得到很大的提升。所设计的微带去耦网络结构简单紧凑，不会增加原天线阵列的尺寸，易于实现。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为三阵元微带平面天线阵列结构示意图；图2为三阵元基于邻近阵元的微带去耦网络结构示意图；图3为三阵元微带天线直线阵列添加去耦网络之前的S参数曲线图；图4为三阵元微带天线直线阵列加载去耦网络和匹配枝节后的S参数曲线图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。如图1所示，本专利技术为一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列，包含上层介质基板1，下层介质基板2，接地平面3，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ和微带去耦网络结构5，其中，图中的4代表三个辐射贴片，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ和微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ均印刷在上层介质基板1的上表面。接地平面3印刷在上层介质基板1和下层介质基板2之间，微带去耦网络结构5印刷在下层介质基板2的下表面。微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ在上层介质基板1上表面呈直线排列，且沿介质基板中心呈左右对称分布，相邻两天线阵元之间的间距相等。具体实施例图1所示为三阵元微带平面天线直线阵列结构示意图。天线阵列的介质基板为相对介电常数为4.4，厚度为t＝1.6mm的FR4材料，其损耗角正切为0.02，尺寸为W＝132mm，L＝60mm。三个天线阵元的尺寸参数为w＝24mm,l＝29.2mm,阵元间距为d＝12mm,天线阵的工作频段为2.4GHz。图2所示为微带去耦网络结构示意图。根据阵列的对称性，消除邻近阵元1、2和邻近阵元2、3之间的耦合采用的去耦网络一致。考虑阵元1、2，将微带线作为去耦网络加载到两阵元天线阵列中。由于对称性，天线阵列的阻抗矩阵为其中Z11＝Z22，Z12＝Z21。该阻抗矩阵的特征值和特征向量分别为Za＝Z11+Z12，Zb＝Z11-Z12和ea＝[1,1]，ea＝[1,-1]。将特征向量作为激励加载到天线阵列的馈电部分，得到在不同模式a和b情况下的输入导纳分别为Yina＝1/(Z1×(Za+jZ1tanθ1)/(Z1+jZatanθ1))+jtan(θ2/2)/Z2Yinb＝1/(Z1×(Zb+jZ1tanθ1)/(Z1+jZbtanθ1))-j/(tan(θ2/2)×Z2)当Yina＝Yinb时，则加载去耦网络之后的Z12为零，则阵元1、2之间的耦合得以去除。令Yina＝Yinb，选定Z1和Z2，可以求得微带线的电长度θ1和θ2。由对称性可得阵元2、3之间的去耦网络结构与阵元1、2之间的去耦网络结构相同，故可得最终的基于邻近阵元的微带去耦网络结构。由于去耦的过程中改变了天线等效电路的输入阻抗，影响了阻抗匹配，故在去耦网络的基础上加上特性阻抗Z0＝50Ω的并联微带枝节对天线阵列进行匹配。微带去耦网络和匹配枝节的详细参数如表1所示。表1微带去耦网络和匹配枝节的具体参数值添加基于邻近阵元的微带去耦网络前后天线阵列的S参数曲线分别如图3、图4所示。对比分析可知，加载去耦网络和匹配枝节后的微带天线阵列邻近阵元1、2之间的耦合系数S12在中心频率2.4GHz附近降低了13dB，达到了-25dB以下，相隔阵元1、3之间的耦合系数仍然保持在在-20dB附近，端口之间具有较好的隔离度。同时，S11和S22均保持在-30dB以下。本专利技术通过加载基于邻近阵元的微带去耦网络对三阵元微带平面天线直线阵列进行去耦，使得相邻天线阵元之间的隔离度在工作频段内得到很大的提升。所设计的微带去耦网络结构简单紧凑，不会增加原天线阵列的尺寸，易于实现。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明专利技术的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本专利技术进行了详细的描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列，其特征在于：包含上层介质基板，下层介质基板，接地平面，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ和微带去耦网络结构，所述微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ和微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ均印刷在上层介质基板的上表面；所述接地平面印刷在所述上层介质基板和下层介质基板之间，所述微带去耦网络结构印刷在所述下层介质基板的下表面；所述微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ在所述上层介质基板上表面呈直线排列，且沿介质基板中心呈左右对称分布，相邻两天线阵元之间的间距相等。

【技术特征摘要】
1.一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列，其特征在于：包含上层介质基板，下层介质基板，接地平面，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ和微带去耦网络结构，所述微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ和微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ均印刷在上层介质基板的上表面；所述接地平面印刷在所述上层介质基板和下层介质基板之间，所述微带去耦网络结构印刷在所述下层介质基板的下表面；所述微带平面天线阵元辐射贴片Ⅰ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅱ，微带平面天线阵元辐射贴片Ⅲ在所述上层介质基板上表面呈直线排列，且沿介质基板中心呈左右对称分布，相邻两天线阵元之间的间距相等。2.根据权利要求1所述的一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列，其特征在于：所述天线阵列的馈电方式均为同轴馈电。3.根据权利要求1所述的一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列，其特征在于：所述上层介质基板和下层介质基板均采用FR4材料制成。4.根据权利要求1所述的一种高度隔离的三阵元微带平面天线阵列，其特征在于：所述天线阵列的天线阵元1和天线阵元2组成的二元天线阵列的阻抗矩阵为：其中，Z11表示天线阵元1的自阻抗，Z12表示天线阵元1和天线阵元...

【专利技术属性】
技术研发人员：于彦涛，李萌，赵国强，陈世勇，黄天聪，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50