一种贴片天线与单极子天线交叉排布的高隔离混合阵列制造技术

本发明专利技术公开一种贴片天线与单极子天线交叉排布的高隔离混合阵列，解决了天线阵列中单元之间距离过近导致的强耦合问题。本发明专利技术是由若干个空气贴片天线以及若干个单极子天线交叉等距排布的混合天线阵列，通过这种交叉等距排布的方式实现了各端口隔离度提高的目的，其原理主要是利用单极子天线与贴片天线之间的耦合电场方向与两贴片天线之间原有耦合方向相反，两种耦合相互抵消，从而达到解耦的目的。本发明专利技术结构紧凑且对称性强，因此具有很好的可实现性，并且混合阵列中每个端口都具有很好的解耦效果。解耦效果。解耦效果。

【技术实现步骤摘要】
一种贴片天线与单极子天线交叉排布的高隔离混合阵列


[0001]本专利技术属于电磁场与微波
，涉及一种贴片天线与单极子天线交叉排布的高隔离混合阵列，具体是一种工作频率可控，天线阵列单元数任意的贴片天线与单极子天线交叉排布的高隔离混合阵列。

技术介绍

[0002]在现代无线通信领域中，天线阵列有着广泛的应用。在相控阵系统中，天线阵列可用于实现高增益波束的扫描。在多输入多输出(Multi
‑
InputMulti
‑
Output，MIMO)系统中，天线阵列可用于实现并行传输，进而提高通信速率，增大信道容量，以及降低通信时延。近年来随着无线通信领域的不断发展，MIMO技术也越来越多的被应用于移动终端以及基站的天线设计。
[0003]由于阵列天线单元通常被放置在一个空间有限的设备中，天线排布一般比较紧凑(半波长)，因此天线单元之间存在不可避免的电磁耦合。天线之间的相互耦合会降低天线辐射效率，恶化匹配条件，扭曲辐射模式。对于相控阵来说，天线耦合会严重降低波束增益恶化扫描性能。对于MIMO天线来说，天线单元之间的耦合会导致MIMO系统性能变差，吞吐量降低。研究一种适用于天线阵列的解耦技术是十分有必要的。
[0004]目前已有的解耦技术包括缺陷地结构(DefectedGroundStructure，DGS)，中和线，寄生结构，解耦网络等。缺陷地结构的原理是通过引入DGS来抑制地板上的耦合电流的产生来抑制互耦；中和线是通过减少天线的耦合路径来减少互耦的产生；寄生结构一般不与天线直接相连，而是通过自身与天线之间的耦合效应来削弱天线之间的耦合；解耦网络则是通过加入额外的解耦网络以及匹配网络来达到解耦的目的。
[0005]上述解耦技术虽然都能达到减少天线单元之间互耦的目的，但都存在一定的不足之处，或是加入复杂的结构，或是解耦的效果并不好，并且这些解耦技术对于被解耦的天线阵列有天线单元数的限制，显然这些解耦技术均不太适用于具体的任意单元数高隔离度的天线阵列设计中。
[0006]随着5G无线通信技术的不断发展，对于天线性能、天线数量的要求会越来越高，而天线单元之间的互相耦合会成为无线通信技术继续发展的一个大的阻碍，因此一种结构简单，加工方便、隔离度高、效率高的天线阵列的实现变得尤为重要。
[0007]本专利技术提出了一种贴片天线与单极子天线交叉排布的高隔离混合阵列，单极子天线与贴片天线之间会产生互耦，各贴片天线之间也会产生互耦，利用交叉排布的方式来使这两种耦合相互抵消从而实现各端口隔离度的提升。本专利技术所提出的混合天线阵列的工作频率可调，天线单元的数目任意，解耦的效果好，并且由于各同类天线单元之间的距离相等，同类型天线单元模型相同，使得制作难度大大降低。整个混合阵列主要由金属制成，没有介质损耗，因此所实现的辐射效率高。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种贴片天线与单极子天线交叉排布的高隔离混合阵列。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0010]一种贴片天线与单极子天线交叉排布的高隔离混合阵列，包括n+1个单极子天线、n个贴片天线、以及系统地板，n＞1；单极子天线与贴片天线交叉等距排布，每个贴片天线通过探针与位于系统地板上的馈电端口直接连接，每个单极子天线直接与系统地板相连，通过与相邻的贴片天线之间产生的耦合能量来进行间接馈电；其中贴片天线与系统地板间隔有空气层。
[0011]贴片天线与馈电端口相连属于直接馈电，单极子天线是未接馈电端口而是通过贴片天线的耦合能量来进行馈电。两个贴片天线之间由于间距较近会产生互耦C1，耦合电场方向是由激励单元指向耦合单元。贴片天线和单极子天线之间会产生互耦C2，耦合电场方向是由作为激励单元的贴片天线指向作为耦合单元的单极子天线。当将单极子天线与贴片天线放置在一起时，两种耦合C1、C2相互叠加进而抵消，从而使两个贴片天线之间的耦合降低。
[0012]作为优选，相邻单极子天线之间的距离小于半波长；相邻贴片天线之间的距离小于半波长；单极子天线与相邻贴片天线间的距离小于0.1波长，目的是为了便于贴片天线间接耦合馈电周围的单极子天线。
[0013]作为优选，单极子天线与相邻贴片天线间等距排布。
[0014]作为优选，所述贴片天线开有矩形槽，用于有效减小贴片天线的长度。
[0015]更为优选，所述贴片天线上矩形槽关于横轴呈轴对称分布，位置距离贴片天线的边沿约为0.1波长。
[0016]作为优选，所述贴片天线距离系统地板的距离为0.1波长，该高度直接决定贴片天线与单极子天线之间的耦合强度，使其能够更加精确的控制贴片天线与单极子天线之间的耦合强度。
[0017]作为优选，单极子天线的长度小于0.25波长，单极子天线的长度决定贴片混合天线单元之间的隔离度。
[0018]作为优选，单极子天线、贴片天线、探针采用金属材质。
[0019]本专利技术混合天线阵列的地板具有以下特征，地板以上的结构全部由金属结构构成，天线本身不存在介质损耗，因此天线的辐射效率特别高(>90％)。其次混合阵列的工作频率主要由贴片天线的长度决定，单极子天线的长度对混合阵列的工作频率有轻微影响作用。相邻两个贴片天线之间具有高隔离度(均大于20dB)。
[0020]上述混合天线阵列中单极子天线与贴片天线的数量可以为任意个，天线阵列可向两侧无限延伸。
[0021]本专利技术的解耦原理是利用单极子天线与贴片天线之间的耦合来抵消贴片天线之间固有的耦合，从而达到提高隔离度的作用。具体是利用n个贴片天线与n+1个单极子天线交叉等距排布形成混合阵列，该混合阵列对每两个端口之间的耦合都有降低的作用，交叉等距排布中的交叉具体是指单极子天线与贴片天线交叉插空式排布，等距具体是指同类型的天线单元之间的距离是相同的。解耦效果则由单极子天线的长度来决定。
[0022]本专利技术的有益效果是：天线单元交叉等距排布使得天线混合阵列结构紧凑有序，易于天线阵列的设计以及加工；天线单元的数量可以任意，因此可以适用于大规模天线阵列；天线工作频率可调，可以根据实际情况来对工作频率进行调节以适用不同的应用场合；并且本专利技术各天线单元的辐射效率非常高。
附图说明
[0023]图1是贴片天线阵列与单极子天线阵列组成混合阵列的示意图；其中(a)为贴片天线阵列，(b)为单极子天线阵列，(c)为混合阵列；
[0024]图2(a)是贴片天线与单极子天线交叉等距排布的高隔离混合阵列的立体结构示意图；
[0025]图2(b)是贴片天线与单极子天线交叉等距排布的高隔离混合阵列的侧视结构示意图；
[0026]图2(c)是贴片天线与单极子天线交叉等距排布的高隔离混合阵列的俯视结构示意图；
[0027]图2(d)是贴片天线的尺寸标注图；
[0028]图3是贴片天线与单极子天线交叉等距排布的高隔离混合阵列解耦原理示意图；其中(a)为贴片天线阵列，(b)为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种贴片天线与单极子天线交叉排布的高隔离混合阵列，其特征在于包括n+1个单极子天线、n个贴片天线、以及系统地板，n＞1；单极子天线与贴片天线交叉排布；每个贴片天线通过探针与位于系统地板上的馈电端口直接连接；每个单极子天线直接与系统地板相连，并通过与其相邻贴片天线之间产生的耦合能量进行间接馈电；其中贴片天线与系统地板间隔有空气层。2.如权利要求1所述的一种贴片天线与单极子天线交叉排布的高隔离混合阵列，其特征在于两个相邻贴片天线之间产生互耦C1，耦合电场方向是由激励单元指向耦合单元；每个贴片天线和相邻的单极子天线之间产生互耦C2，耦合电场方向是由作为激励单元的贴片天线指向作为耦合单元的单极子天线；两种耦合C1、C2相互叠加进而抵消，从而使两个相邻贴片天线之间的耦合降低。3.如权利要求1所述的一种贴片天线与单极子天线交叉排布的高隔离混合阵列，其特征在于相邻单极子天线之间的距离小于半波长；相邻贴片天...

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