一种具有超宽带、高隔离度的二元天线及其设计方法技术

本发明专利技术公开一种具有超宽带、高隔离度的二元天线及其设计方法，主要解决了现有传统天线带宽太窄不足以适应现在对宽带通信系统的需求问题。本发明专利技术包括介质基板、金属地板和两个相同成对称放置的锥形单极子天线以及对称设计的天线解耦匹配网络DMN，其中DMN由十一组固定长宽的传输线弯折而成，前七组用于天线的解耦，后四组用于匹配的调节。通过该DMN实现了两个锥形单极子天线之间较高的端口隔离度(>20dB)。本发明专利技术所设计DMN设计自由度较高，并且与其他解耦技术相比实现了更宽的解耦带宽。与其他解耦技术相比实现了更宽的解耦带宽。与其他解耦技术相比实现了更宽的解耦带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种具有超宽带、高隔离度的二元天线及其设计方法


[0001]本专利技术属于电磁场与微波
，涉及一种具有超宽带、高隔离度的二元天线及其设计方法。

技术介绍

[0002]多输入多输出(MIMO)天线技术在5G无线通信系统中被广泛用于增加信道容量、提高通信速率以及降低通信时延等，这要求多天线阵列中各天线之间必须具备较高的天线隔离度，但在现代科技发展的需求下，天线元件通常会被放置在有限的空间内，此时天线数目的增加和天线之间的距离减小会导致相邻天线元件之间发生强烈的相互耦合，产生很强的电磁干扰，从而降低MIMO系统的性能。因此，如何简单有效的提高MIMO天线的解耦带宽是亟待解决的问题。
[0003]目前现有的扩展天线带宽的方法主要有降低Q值、修改等效电路为多谐振回路、改进馈电方式等。但降低Q值主要通过增大基板厚度，降低相对介电常数，增大介质损耗角来实现；多谐振回路主要通过改变贴片的形状，如开槽、U型缝隙、附加耦合贴片等来增加天线的驻波比带宽，但这种方法会使天线效率降低；改进馈电方式则采用电磁耦合，附加阻抗匹配网络来实现宽带宽。但是，过去所提出的解耦网络的解耦与阻抗匹配功能都是分别设计的，甚至需要额外的电路进行匹配，不仅会增加天线横向和纵向的尺寸还增加了设计过程的复杂性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一个目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有超宽带、高隔离度的二元天线，不仅可让天线实现高隔离和宽带宽，且阻抗匹配功能内置于解耦网络中，解决了传统超宽带解耦匹配网络设计过程复杂的问题，更能轻松的适用于不同的天线。
[0005]一种具有超宽带、高隔离度的二元天线，为轴对称结构，包括：
[0006]介质基板(2)；
[0007]金属地板(3)，位于介质基板(2)的下方；
[0008]天线主体(1)，位于介质基板(2)的上方；
[0009]其中，
[0010]所述金属地板(3)位于所述介质基板(2)的一侧，且留有净空区；
[0011]所述天线主体(1)包括两个锥形单极子天线(11)，以及天线解耦匹配网络(decoupling and matching network，DMN)(12)；
[0012]所述天线解耦匹配网络(12)包括两个轴对称的天线解耦单元，每个天线解耦单元为多层结构，具体包括第一组至第十一组传输线；第一组传输线LL1的一端接其中一个锥形单极子天线11的辐射端口，另一端接第二组传输线LL2的一端、第三组传输线LL3的一端；第二组传输线LL2的另一端接另一个天线解耦单元中第二组传输线LL2的另一端；第三组传输线LL3的另一端接第四组传输线LL4的一端、第五组传输线LL5的一端；第四组传输线LL4的
另一端接另一个天线解耦单元中第四组传输线LL4的另一端；第五组传输线LL5的另一端接第六组传输线LL6的一端、第七组传输线LL7的一端；第六组传输线LL6的另一端接另一个天线解耦单元中第六组传输线LL6的另一端；第七组传输线LL7的另一端接第八组传输线LL8的一端、第九组传输线LL9的一端；第八组传输线LL8的另一端经过通孔与金属地板(3)相连；第九组传输线LL9的另一端接第十组传输线LL10的一端、第十一组传输线LL11的一端；第十组传输线LL10的另一端经过通孔与金属地板(3)相连；第十一组传输线LL11的另一端用作馈电端口。
[0013]作为优选，所述第一组至第十一组传输线的部分或全部以不同形式进行弯折。
[0014]作为优选，所述第一组至第十一组传输线弯折处采用倒角处理。
[0015]作为优选，所述金属地板(3)的长边与介质基板(2)的短边长度相等。
[0016]作为优选，两个锥形单极子天线(11)的中心距离0.124λ，其中λ表示天线工作频率的中心频率2.5GHz所对应的波长。
[0017]作为优选，所述天线解耦匹配网络(12)内各传输线的参数如下：
[0018]第一组传输线(LL1)长0.114λ，宽0.007λ；
[0019]第二组传输线(LL2)长0.075λ，宽0.0008λ；
[0020]第三组传输线(LL3)长0.1λ，宽0.01λ；
[0021]第四组传输线(LL4)长0.07λ，宽0.005λ；
[0022]第五组传输线(LL5)长0.172λ，宽0.122λ；
[0023]第六组传输线(LL6)长0.824λ，宽0.001λ；
[0024]第七组传输线(LL7)长0.325λ，宽0.01λ；
[0025]第八组传输线(LL8)长0.164λ，宽0.0025λ；
[0026]第九组传输线(LL9)长0.009λ，宽0.0024λ；
[0027]第十组传输线(LL10)长0.171λ，宽0.012λ；
[0028]第十一组传输线(LL11)长0.294λ，宽0.006λ。
[0029]本专利技术的另一个目的是提供所述天线的设计方法，包括以下步骤：
[0030]步骤1：构建强耦合两个锥形单极子天线(11)，由强耦合两个锥形单极子天线(11)的散射参数S
11
、S
12
得其奇偶模导纳，奇偶模导纳表达式，如下：
[0031][0032][0033]式中，G
odd
和G
even
分别为强耦合两个锥形单极子天线(11)的奇模和偶模，Y
O
和Y
E
分别为强耦合两个锥形单极子天线(11)的奇模导纳和偶模导纳；
[0034]步骤2：为强耦合两个锥形单极子天线(11)设计对称的天线解耦匹配网络(12)，根据天线解耦匹配网络(12)的奇模模型和偶模模型，以每段传输线的导纳Y和电长度e为变量，每一层解耦匹配网络的奇偶模导纳为中间量，计算出解耦后锥形单极子天线(11)的奇偶模阻抗；
[0035]所述天线解耦匹配网络(12)的奇模模型为一个天线解耦单元的第二、四、六组传
输线与另一个天线解耦单元第二、四、六组传输线的连接断开，改为接地；
[0036]所述天线解耦匹配网络(12)的偶模模型为一个天线解耦单元的第二、四、六组传输线与另一个天线解耦单元的第二、四、六组传输线的连接断开，改为悬空；
[0037][0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044][0045][0046][0047][0048][0049][0050][0051]其中Y1至Y
11
分别为所述天线解耦匹配网络(12)内第一组至第十一组传输线的导
纳变量，e1、e3、e5、e7至e
11
分别为所述天线解耦匹配网络(12)内第一组至第十一组传输线的电长度变量；i为虚数单位；Y
O
和Y
E
分别为强耦合两个锥形单极子天线(11)的奇模导纳和偶模导纳；Y
odd
和Z
odd<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有超宽带、高隔离度的二元天线，为轴对称结构，包括：介质基板(2)；金属地板(3)，位于介质基板(2)的下方；天线主体(1)，位于介质基板(2)的上方；其中，所述金属地板(3)位于所述介质基板(2)的一侧，且留有净空区；所述天线主体(1)包括两个锥形单极子天线(11)，以及天线解耦匹配网络(12)；其特征在于：所述天线解耦匹配网络(12)包括两个轴对称的天线解耦单元，每个天线解耦单元为多层结构，具体包括第一组至第十一组传输线；第一组传输线LL1的一端接其中一个锥形单极子天线(11)的辐射端口，另一端接第二组传输线LL2的一端、第三组传输线LL3的一端；第二组传输线LL2的另一端接另一个天线解耦单元中第二组传输线LL2的另一端；第三组传输线LL3的另一端接第四组传输线LL4的一端、第五组传输线LL5的一端；第四组传输线LL4的另一端接另一个天线解耦单元中第四组传输线LL4的另一端；第五组传输线LL5的另一端接第六组传输线LL6的一端、第七组传输线LL7的一端；第六组传输线LL6的另一端接另一个天线解耦单元中第六组传输线LL6的另一端；第七组传输线LL7的另一端接第八组传输线LL8的一端、第九组传输线LL9的一端；第八组传输线LL8的另一端经过通孔与金属地板(3)相连；第九组传输线LL9的另一端接第十组传输线LL10的一端、第十一组传输线LL11的一端；第十组传输线LL10的另一端经过通孔与金属地板(3)相连；第十一组传输线LL11的另一端用作馈电端口。2.根据权利要求1所述天线，其特征在于所述第一组至第十一组传输线满足以下关系式：式：式：式：式：式：
其中Y1至Y
11
分别为所述天线解耦匹配网络(12)内第一组至第十一组传输线的导纳变量，e1、e3、e5、e7至e
11
分别为所述天线解耦匹配网络(12)内第一组至第十一组传输线的电长度变量；i为虚数单位；Y
O
和Y
E
分别为强耦合两个锥形单极子天线(11)的奇模导纳和偶模导纳；Y
odd
和Z
odd
分别为解耦后天线的奇模导纳和奇模阻抗；Y
even
和Z
even
分别为解耦后天线的偶模导纳和偶模阻抗；Y
o1
至Y
o5
和Y
e1
至Y
e5
分别为计算Y
odd
和Y
even
的中间变量。3.根据权利要求1所述天线，其特征在于所述第一组至第十一组传输线的部分或全部以不同形式进行弯折。4.根据权利要求3所述天线，其特征在于所述第一组至第十一组传输线弯折处采用倒角处理。5.根据权利要求1所述天线，其特征在于所述金属地板(3)的长边与介质基板(2)的短边长度相等。6.根据权利要求1所述天线，其特征在于两个锥形单极子天线(11)的中心距离0.124λ，其中λ表示天线工作频率的中心频率2.5GHz所对应的波长。7.根据权利要求1所述天线，其特征在于所述天线解耦匹配网络(12)内各传输线的参数如下：第一组传输线(LL1)长0.114λ，宽0.007λ；第二组传输线(LL2)长0.075λ，宽0.0008λ；第三组传输线(LL3)长0.1λ，宽0.01λ；
第四组传输线(LL4)长0.07λ，宽0.005λ；第五组传输线(LL5)长0.172λ，宽0.122λ；第六组传输线(LL6)长0.824λ，宽0.001λ；第七组传输线(LL7)长0.325λ，宽0.01λ；第八组...

【专利技术属性】
技术研发人员：程一峰，黎丹，王高峰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：