一种应用于多天线通信系统的宽频带去耦合结构技术方案

本发明专利技术提出一种应用于多天线通信系统的宽频带去耦合结构，包括包括n个去耦单元；每个去耦单元包括N个类C形金属线，各类C形金属线通过金属化通孔连接，去耦单元的各类C形金属线与其同层的金属面不接触；类C形金属线的开口与其连接的偶极子臂朝向相同；朝向同向的类C形金属线在底层金属面的投影重合；每个去耦单元在底层金属面的投影构成1个开口环。本发明专利技术采用多层分布技术，可以在不影响阻抗匹配与带宽的情况下，大大提高单元间的隔离度，从而改善方向图，抑制后瓣。本发明专利技术可用标准PCB工艺加工，成本低、剖面低、易于集成，不仅可应用于多层天线阵列中，也可应用于单层天线阵列及其他宽频带多天线通信系统。他宽频带多天线通信系统。他宽频带多天线通信系统。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于多天线通信系统的宽频带去耦合结构


[0001]本专利技术属于天线
，具体涉及一种应用于多天线通信系统的宽频带去耦合结构。

技术介绍

[0002]作为MIMO通信技术发展的核心内容之一，MIMO天线的研究和设计同样成为了近年来的研究热点。虽然MIMO技术在提升信道容量和数据传输可靠性方面有不可比拟的优势，但理想的MIMO系统中的各天线完全独立的，而实际中各天线之间相互耦合，使系统的信噪比降低，信号处理上会产生一定误码，因此，研究如何去除MIMO天线单元之间的耦合对提升天线性能乃至整个通信系统的通信能力有着直接影响和现实意义。对于可用空间受限，又要工作在较宽的毫米波频段的通信系统，天线的去耦合是一个非常大的挑战。
[0003]通过在天线单元中间添加谐振结构直接抑制天线表面波实现高隔离被认为是解决这一问题的可行途径。这是一种利用电路方法改善两个紧密天线间隔离的解耦技术，其去耦合机理是谐振结构在天线间引入了额外的耦合路径，当连接在单元间的谐振结构的耦合电流与原单元间的耦合电流等幅反向时，便可使其与天线间原来的耦合相互抵消。
[0004]现有的去耦合方法主要有缺陷地，电磁带隙，超表面，中和线以及谐振去耦网络等。缺陷地的形式多样，设计简单，可以根据实际的应用设计成周期或对称排列，但这种方法有破坏了地板的完整性，使天线的前后比恶化的缺点；超表面的方法不用破坏地板完整性，但是占用空间大，剖面高；中和线能够实现不同频段的去耦，进而拓展去耦带宽，但其实现和调整过程的非常复杂。目前的研究，有运用缺陷地方法及谐振器原理，在矩形地板上刻蚀两个开口圆环，形成一个地板CSRR结构的；有运用中和线及谐振去耦网络的方法，用C型寄生结构、M型寄生结构、密集曲折线等独立的寄生结构来解决异极化端口间的互耦；或在两个单极子末端连接一根中和线或开口环结构，实现极小间距MIMO天线的高隔离度。但是这些研究都没有实现宽频带内的去耦合，大多只有几百兆赫兹的高隔离带宽。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的是应对现有技术的挑战，提出一种基于电磁谐振环的可应用于多天线通信系统的宽频带去耦合结构，该去耦合结构跨接于两个天线单元末端，也是两个天线单元耦合最强的地方，可等效为电阻、电感和电容的并联电路，在天线间引入了额外的耦合路径，通过调节去耦合结构的等效电容和电感值，使得连接在单元间的谐振结构的耦合电流与原单元间的耦合电流等幅反向，从而抵消了原天线单元之间的强耦合。本专利技术将该结构用于偶极子三单元阵列，实现了多天线宽频带去耦合，这种结构易通过PCB工艺加工实现，剖面低。
[0006]本专利技术的一种应用于多天线通信系统的宽频带去耦合结构为多层垂直排布结构，包括n个去耦单元,n＝m
‑
1,m为天线单元数目，m≥2；
[0007]每个去耦单元由N个类C形金属线以及一个金属化通孔组成，N＝去耦单元所在天
线单元内馈电偶极子的偶极子臂个数；同一去耦单元内各类C形金属线通过金属化通孔连接，去耦单元的各类C形金属线与其同层的金属面不接触。
[0008]所述类C形金属线，其开口与连接的偶极子臂朝向相同；其包括第一L形线段、第二L形线段；第一L形线段、第二L形线段的连接端与当前去耦单元所在天线单元中偶极子臂末端连接，且不与金属面连接；朝向同向的类C形金属线在底层金属面的投影重合；
[0009]每个去耦单元在底层金属面的投影构成1个开口环。
[0010]本专利技术的第二个目的是提供一种宽频带多天线通信系统，包括第一金属面M1、第一介质基板S1、第二金属面M2、第三介质基板S3、第二介质基板S2、第三金属面M3、m个天线单元、n个去耦单元；n＝m
‑
1,m为天线单元数目，m≥2；
[0011]每个去耦单元由N个类C形金属线以及一个金属化通孔组成，N＝去耦单元所在天线单元内馈电偶极子的偶极子臂个数；同一去耦单元内各类C形金属线通过金属化通孔连接，去耦单元的各类C形金属线与其同层的金属面不接触。
[0012]所述类C形金属线，其开口与连接的偶极子臂朝向相同；其包括第一L形线段、第二L形线段；第一L形线段、第二L形线段的连接端与当前去耦单元所在天线单元中偶极子臂末端连接；朝向同向的类C形金属线在底层金属面的投影重合；
[0013]每个去耦单元在底层金属面的投影构成1个开口环。
[0014]所述天线单元采用三层分布的基片集成同轴线(SICL)馈电偶极子，包括分别连接在第一金属面M1和第三金属面M3的第一、第三偶极子臂，连接在第二金属面M2的第二偶极子臂；所述第一、第三偶极子臂朝向相同，第二偶极子臂与第一、第三偶极子臂朝向相反；
[0015]所述第一金属面M1位于第一介质基板S1的上表面，作为单元天线的金属反射板；所述第一金属面M1上印刷有偶极子天线的顶层偶极子臂、以及接地共面波导(GCPW)转双面平行微带线(DPSPL)结构；
[0016]所述的第三介质基板S3位于第一介质基板S1下表面，用来粘合第一介质基板S1和第二介质基板S2；
[0017]所述的第二金属面M2位于第一介质基板S1下表面和第三介质基板S3上表面，作为单元天线的接地板；所述的第二金属面M2的前端设有m个馈电网络；所述馈电网络连接m个第二偶极子臂与连接在第一金属面M1和第三金属面M3的第一、第三偶极子臂构成完整的偶极子阵列；每个馈电网络两侧部分设有构成SICL结构的若干周期性分布金属化通孔；该金属化通孔贯穿三个介质基板，连接第一金属面M1、第三金属面M3；所述第二偶极子臂前设有两根长短不一且平行设置的引向振子；
[0018]所述m个第二偶极子臂连接的馈电网络拥有m个信号输入端，m个信号输出端；上述m个信号输出端分别与对应的偶极子天线单元的信号输入端连接；
[0019]所述的第三金属面M3位于第二介质基板S2的下表面，连接偶极子天线的底层偶极子臂；
[0020]作为优选，天线单元之间的距离L1满足L1≤0.6λ0；λ0为天线单元的中心工作频率所对应的波长。
[0021]作为优选，去耦合单元的金属线和偶极子臂末端相接部分小于去耦合金属线的线宽。
[0022]作为优选，去耦合单元的第一L形线段的一端与第二L形线段的一端连接，第一L形
线段和第二L形线段的另一端向内弯折。
[0023]作为优选，所有去耦单元在底层金属面的投影构成n个开口环，所述开口环为轴对称结构，连接构成同一个开口环的金属化通孔的中心位于所述开口环的对称轴上。
[0024]作为优选，去耦合单元的金属线线宽小于偶极子臂线宽的二分之一。
[0025]作为优选，偶极子天线臂到金属反射板的距离Lst满足Lst≤λ0/4；去耦合单元到金属反射板向的金属线线长R2满足R2<Lst；λ0为偶极子天线的中心工作频率所对应的波长。
[0026]作为优选，所述类C形金属线的位于偶极子臂端部侧的L形线段的横向长度Li1满足Li1<(L1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于多天线通信系统的宽频带去耦合结构，为多层垂直排布结构，其特征在于包括n个去耦单元,n＝m
‑
1,m为天线单元数目，m≥2；每个去耦单元包括N个类C形金属线以及一个金属化通孔，N＝去耦单元所在天线单元内馈电偶极子的偶极子臂个数；同一去耦单元内各类C形金属线通过金属化通孔连接，去耦单元的各类C形金属线与其同层的金属面不接触；所述类C形金属线的开口与其连接的偶极子臂朝向相同，包括第一L形线段、第二L形线段；第一L形线段、第二L形线段的连接端与当前去耦单元所在天线单元中偶极子臂末端连接；朝向同向的类C形金属线在底层金属面的投影重合；每个去耦单元在底层金属面的投影构成1个开口环。2.如权利要求1所述一种应用于多天线通信系统的宽频带去耦合结构，其特征在于所述开口环为轴对称结构，连接构成同一个开口环的金属化通孔的中心位于所述开口环的对称轴上。3.如权利要求1所述一种应用于多天线通信系统的宽频带去耦合结构，其特征在于去耦合单元的类C形金属线线宽小于偶极子臂线宽的二分之一。4.如权利要求1所述一种应用于多天线通信系统的宽频带去耦合结构，其特征在于所述去耦合单元到金属反射板向的金属线线长R2满足R2<Lst，Lst表示偶极子天线臂到金属反射板的距离，满足Lst≤λ0/4，λ0表示偶极子天线的中心工作频率所对应的波长。5.如权利要求1所述一种应用于多天线通信系统的宽频带去耦合结构，其特征在于所述类C形金属线的位于偶极子臂端部侧的L形线段的横向长度Li1满足Li1<(L1
‑
Ld)/2，纵向长度Li2满足Li2<R2
‑
w1；其中L1为天线单元的间距，Ld为偶极子臂长，w1为类C形金属线的线宽。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：范奎奎，张雨琳，谭青权，罗国清，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：