一种双极化高隔离天线阵列及通信设备制造技术

本发明专利技术公开了一种双极化高隔离天线阵列及通信设备，包括上层介质基板、下层介质基板及金属地板，所述金属地板设置在两层介质基板中间，所述上层介质基板的上表面设置N*M个天线子阵，每个天线子阵包括两个天线单元，在相邻天线子阵之间及周围设置接地金属枝节，所述下层介质基板设置金属功分器馈电臂，通过设置在金属地板上的U型缝隙向上耦合能量。本发明专利技术能够实现所有端口间耦合的降低。

【技术实现步骤摘要】
一种双极化高隔离天线阵列及通信设备
本专利技术涉及通信领域，具体涉及一种双极化高隔离天线阵列及通信设备。
技术介绍
近些年，随着现代无线通信技术的飞速发展，第五代移动通信成为当前移动通信产业的关注焦点，面向21世纪20年代的5G系统研发正在全球范围内如火如荼地开展。天线作为无线通信系统的重要组成部分，其研究与设计对移动通信起着至关重要的作用。未来的5G系统将着眼于更高的数据传输速率，更大的信道容量和更高的性能需求，单个天线早已不能满足，越来越大的天线阵列成为提高增益、获得更多通道数量和信息容量的必然选择。为了改善通信传输质量与传输速率，提高信道容量，将SIMO和MIS0技术发展演变为MIMO(MultipleInputMultipleOutput)，MIMO天线可以充分利用空间资源，为无线通信系统提供一定的分集增益和复用增益，在不增加频谱资源和发送功率的情况下，提高系统信道容量改善通信质量。然而，随着天线的数量越来越多，所需的频段也越来越多，但由于通信设备的尺寸限制，天线的间距也越来越小，这样必然会导致天线之间存在较强的互耦问题，将严重影响天线的辐射性能。同时，由于天线单元间发生的相互耦合干扰，无法满足MIMO天线间的低相关性要求，导致无线通信系统达不到预期的大容量高速率的通信效果。因此需要对其进行去耦。现有技术中降低天线之间的耦合的方法有很多，比如天线间增加缺陷地解耦，增加枝节解耦，增加中和线解耦，或者增加谐振网络或者解耦网络来提高天线之间的隔离度。但这些方法存在着带宽窄，设计复杂，而且难以应用到双极化多端口的大阵列中。因此，加载结构简单的去耦方法在阵列去耦设计中变得越来越关键。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种双极化高隔离天线阵列及通信设备，该天线能在毫米波频段实现良好的去耦效果，实现高隔离性能。本专利技术采用如下技术方案：一种双极化高隔离天线阵列，包括上层介质基板、下层介质基板及金属地板，所述金属地板设置在两层介质基板中间，所述上层介质基板的上表面设置N*M个天线子阵，每个天线子阵包括两个天线单元，在相邻天线子阵之间及周围设置接地金属枝节，所述下层介质基板设置金属功分器馈电臂，通过设置在金属地板上的U型缝隙向上耦合能量。进一步，所述接地金属枝节包括X型接地金属枝节、水平接地金属枝节及竖直接地金属枝节，所述X型接地金属枝节对称设置在每个子阵的中轴线两侧，所述水平接地金属枝节加载在横向相邻两个子阵的上、下端，并且关于相邻两个子阵中轴线对称，所述竖直接地金属枝节加载在横向相邻两子阵的中轴线。进一步，每个天线子阵加载两个U型缝隙，所述两个U型缝隙设置在金属地板，关于天线子阵纵向轴对称。进一步，所述下层介质基板的上表面还设置U型金属接地条带及金属隔离条带，所述U型金属接地条带内设置金属接地柱，所述金属隔离条带内设置金属隔离柱。进一步，所述X型接地金属枝节的两条臂长度分别为0.03λ～0.3λ，λ为中心频率对应的自由空间波长。进一步，所述天线单元包括金属辐射贴片，金属辐射贴片的边与x轴，y轴呈45度夹角。进一步，金属功分器馈电臂中有圆形金属焊盘的一端与馈电点相连，另外两端分别提供等幅馈电，分别与天线子阵的四个馈电端口连接。进一步，所述金属隔离条带有两条，设置在每个天线子阵的纵向中轴线。进一步，所述接地金属枝节通过金属接地柱与底部的金属地板连接。一种通信设备，包括所述的双极化高隔离天线阵列。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术加载的结构包括X型接地金属枝节，条形接地金属枝节，横一字型接地金属枝节。通过在天线阵列中能对耦合产生微扰作用的位置加载相应的接地枝节，来改变耦合能量的幅相关系，使得子阵对单元的两条耦合路径中的耦合能量经由去耦结构之后，由原来的幅相关系调整为等幅反相，这样就能实现这两路耦合能量的抵消，实现端口对端口间能量的耦合量大大降低。其原理图如图1所示。(2)本专利技术通过加载X型接地金属枝节，条形接地金属枝节，横一字型接地金属枝节，使天线阵列在较宽的带宽内同时实现了四个端口，同/异极化之间的去耦效果。(3)本专利技术根据加载位置和去耦效果分为三组结构，通过四个X型接地金属枝节的加载，降低子阵内异极化端口之间的耦合，通过一个条形接地金属枝节的加载，降低子阵间非相邻异极化端口之间的耦合，通过两个横一字型接地金属枝节的加载，降低子阵间相邻异极化端口之间的耦合，最终实现四个端口之间耦合能量的降低。(4)该天线阵列中加载的接地枝节结构简单，与天线同层，没有额外增加天线剖面及加工成本，去耦效果良好，能实现±45°双极化多端口阵列中的端口间去耦效果。附图说明图1是本专利技术实施例1的能量抵消原理图；图2是本专利技术实施例1的立体结构示意图；图3是本专利技术实施例1的天线层结构俯视图；图4是本专利技术实施例1的金属地板俯视图；图5是本专利技术实施例1的底层介质基板的背视图；图6是本专利技术实施例1的侧视图；图7(a)是本专利技术示例1的四个X型接地金属枝节加载前后S参数：子阵内异极化端口之间隔离Sab随频率变化的示意图；其端口设置如图5所示。图7(b)是本专利技术示例1的一个条形接地金属枝节加载前后S参数：子阵间非相邻异极化端口Sad之间隔离随频率变化的示意图；其端口设置如图5所示。图7(c)是本专利技术示例1的两个横一字型接地金属枝节加载前后S参数：子阵间相邻异极化端口Sbc之间隔离随频率变化的示意图；其端口设置如图5所示。图8是本专利技术示例1的端口隔离随频率变化的示意图；图9是本专利技术示例1的端口反射系数随频率变化的示意图；图10(a)是本专利技术示例1的在3.55GHz处的辐射方向图示意图(E面)；图10(b)是本专利技术示例1的在3.55GHz处的辐射方向图示意图(H面)。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1如图2-图6所示，一种基于子阵内耦合能量抵消原理的双极化高隔离天线阵列，包括上层介质基板、下层介质基板及金属地板，所述金属地板设置在两层介质基板中间，所述上层介质基板的上表面设置N*M个天线子阵，每个天线子阵包括两个天线单元，该天线子阵个数可以根据需要拓展为2*2阵列，3*2阵列，4*2阵列，1*4阵列，2*4阵列，3*4阵列等等。进一步，本实施例中上层介质基板的上表面设置1*2个子阵，天线单元的个数2*2，具体为第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元及第四天线单元，第一及第二天线单元构成天线子阵Ⅰ，第三及第四天线单元构成一个天线子阵Ⅱ，每个天线单元均由金属辐射贴片4构成，其边与x，y轴有45度夹角。所述上层介质基板还设置X型接地金属枝节11，水平接地金属枝节13及竖直接地金属枝节12，所述水平接地金属枝节是指与X轴平行，竖直接地金属枝节是指与Y轴平行。所述X型接地金属枝节，每个天线子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极化高隔离天线阵列，其特征在于，包括上层介质基板、下层介质基板及金属地板，所述金属地板设置在两层介质基板中间，所述上层介质基板的上表面设置N*M个天线子阵，每个天线子阵包括两个天线单元，在相邻天线子阵之间及周围设置接地金属枝节，所述下层介质基板设置金属功分器馈电臂，通过设置在金属地板上的U型缝隙向上耦合能量。/n

【技术特征摘要】
1.一种双极化高隔离天线阵列，其特征在于，包括上层介质基板、下层介质基板及金属地板，所述金属地板设置在两层介质基板中间，所述上层介质基板的上表面设置N*M个天线子阵，每个天线子阵包括两个天线单元，在相邻天线子阵之间及周围设置接地金属枝节，所述下层介质基板设置金属功分器馈电臂，通过设置在金属地板上的U型缝隙向上耦合能量。


2.根据权利要求1所述的双极化高隔离天线阵列，其特征在于，所述接地金属枝节包括X型接地金属枝节、水平接地金属枝节及竖直接地金属枝节，所述X型接地金属枝节对称设置在每个子阵的中轴线两侧，所述水平接地金属枝节加载在横向相邻两个子阵的上、下端，并且关于相邻两个子阵中轴线对称，所述竖直接地金属枝节加载在横向相邻两子阵的中轴线。


3.根据权利要求1所述的双极化高隔离天线阵列，其特征在于，每个天线子阵加载两个U型缝隙，所述两个U型缝隙设置在金属地板，关于天线子阵纵向轴对称。


4.根据权利要求1所述的双极化高隔离天线阵列，其特征在于，所述下层介质基板的上表面还设置U型金属接地条带及金属隔离条带，所述U型金...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琬琛，陈璐，车文荃，薛泉，谷礼政，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44