一种多单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列制造技术

本发明专利技术公开一种多单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列，主要解决了小型化MIMO天线阵列中天线间的强耦合问题。本发明专利技术包括n个四单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列；其中每个四单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列包括介质基板、分别铺设在介质基板上下表面的金属层和系统地板；所述金属层包括结构相同且互不接触的4个天线单元。天线单元的天线辐射部分中的其中一臂部进行自身弯折。通过弯折实现了每两个天线单元之间的较高的端口隔离度(>20dB)。本发明专利技术为自解耦技术不额外添加任何结构，因此结构简单易于实现，并且相比其他解耦技术可实现隔离度更高的提升，更好地解决MIMO天线阵列当中的存在的强耦合问题。天线阵列当中的存在的强耦合问题。天线阵列当中的存在的强耦合问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列


[0001]本专利技术属于电磁场与微波
，涉及一种多单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列，具体是一种工作在5.1Ghz至5.3Ghz频带上且每两个单元之间都具有高隔离特性的天线阵列。

技术介绍

[0002]在5G无线通信领域中，多输入多输出(Multi
‑
Input Multi
‑
Output，MIMO)天线系统被广泛用于提高通信速率，增大信道容量，以及降低通信时延。同时近年来许多的5G相关设备，例如移动终端和基站的天线阵列均被放置在一个有限的空间中。当天线之间的距离太近时，天线之间会产生强烈的相互耦合，这将会降低天线辐射效率，恶化匹配条件，扭曲辐射模式。由于MIMO天线阵列中存在强耦合现象，MIMO天线阵列的解耦问题成为目前较为迫切需要解决的问题。
[0003]目前已有的解耦技术包括缺陷地结构(Defected Ground Structure，DGS)，中和线，寄生结构，周期谐振结构，解耦网络等。缺陷地结构技术是通过引入DGS来抑制地板上的耦合电流产生，从而实现天线单元之间的高隔离；中和线通过产生削弱原来天线耦合的额外耦合路径，以增强隔离；寄生结构是一种无源器件，通常不与天线直接相连，而是利用其与天线本身的耦合效应来消除原天线耦合，提高隔离性能，常见的寄生结构主要有平面螺旋线，非对称环谐振器，以及带有阶梯阻抗负载的虚拟元件；周期谐振结构也被经常应用于MIMO天线阵列的解耦，通过抑制指定频率的波传播来提高天线之间的耦合，常见的周期谐振结构有电磁带隙结构，波导超材料等。
[0004]前面所提到的解耦技术虽然都能达到使MIMO天线阵列解耦的目的，但都存在一定的缺陷，或是引入了额外的结构增大了PCB板的面积，或是结构过于复杂但解耦效果并不明显，显然这些解耦技术都不太适合应用到实际的天线阵列中。
[0005]随着5G无线通信技术的不断发展，天线数量一定会朝着越来越多的趋势发展，天线放置的空间越来越小导致天线之间的间距不断缩小，并且不可避免的会带来多天线之间发生强耦合的问题，因此一种既不增大电路面积，又设计简单易于实现并且可以达到天线之间高隔离的技术变得尤为的重要。
[0006]本专利技术提出了一种四单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列，利用天线间的互耦受天线自身辐射枝节的形状和排布的影响，在传统的四单元MIMO天线阵列设计结构的基础上通过弯折整形的方法使不同天线之间的耦合电流相互抵消，达到使天线解耦的目的。所提出的解耦方法并未给电路带来额外的结构，且方法易于实现。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0009]一种多单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列，包括n个四单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列，n≥1；其中每个四单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列，为轴对称结构，包括介质基板、分别铺设在介质基板上下表面的金属层、系统地板；
[0010]所述金属层包括结构相同且互不接触的第一天线单元(1)、第二天线单元(2)、第三天线单元(3)、第四天线单元(4)；第一天线单元(1)、第二天线单元(2)分布在介质基板的一侧，第三天线单元(3)、第四天线单元(4)分布在介质基板的另一侧；第一天线单元(1)、第二天线单元(2)与第三天线单元(3)、第四天线单元(4)关于介质基板长度方向中心线轴对称设置，且第一天线单元(1)、第二天线单元(2)关于介质基板宽度方向中心线轴对称设置，第三天线单元(3)、第四天线单元(4)关于介质基板宽度方向中心线轴对称设置。
[0011]所述第一天线单元(1)、第二天线单元(2)、第三天线单元(3)、第四天线单元(4)的天线辐射部分中的其中一臂部进行自身弯折；弯折部分包括n个L形结构，相邻L形结构进行首尾连接，且相邻L形结构连接部分夹角为90
°
；
[0012]作为优选，所述弯折部分还包括竖直部分；位于最外侧的L形结构与竖直部分连接；
[0013]作为优选，所述第一天线单元(1)、第二天线单元(2)、第三天线单元(3)、第四天线单元(4)的馈电部分靠近介质基板的中心；
[0014]作为优选，天线馈电部分与介质基板宽度方向中心线的距离为0.1波长；
[0015]作为优选，天线辐射部分的另一臂部不弯折，其长度为0.13波长；
[0016]位于介质基板同一侧的两个天线单元，其中一个为激励单元，另一个为耦合单元；两个天线单元弯折部分产生的耦合电流方向相反，可实现相互抵消，从而这两个天线单元之间的耦合系数S21降低；同时与位于介质基板另一侧的两个天线单元之间的耦合系数S31、S41降低。
[0017]本专利技术天线阵列每两个天线单元之间都存在较高的端口隔离度(>20dB)，所有隔离度性能的提高都通过天线自身形状弯折来实现。所述弯折方式对天线单元之间的解耦是分步骤进行的，以第一天线单元(1)为例，第一步弯折成L形使第一天线单元(1)、第二天线单元(2)之间的耦合降低，第二步弯折成多个L形组合使第一天线单元(1)与第三天线单元(3)、第四天线单元(4)之间的耦合降低。
[0018]上述弯折方式可以实现三种隔离度的提高，以第一天线单元(1)为例，弯折天线形状可以使第一天线单元(1)天线与第二天线单元(2)之间的耦合强度S21降低，也可以使第一天线单元(1)与第三天线单元(3)之间的耦合强度S31降低，同时还可以使第一天线单元(1)与第四天线单元(4)之间的耦合强度S41降低。
[0019]弯折天线能够解耦的耦合种类数量由弯折的自由度所决定，弯折的自由度越大，降低耦合的数量越多。所述弯折自由度由弯折操作的次数决定，弯折次数越多代表弯折自由度越大。
[0020]本专利技术解耦的原理是通过弯折天线使不同天线枝节上产生方向相反的耦合电流，幅度相当而相位相反的耦合电流相互抵消从而达到使天线之间耦合降低的目的。假设第一天线单元(1)为激励单元而第二天线单元(2)为耦合单元，当将天线弯折成L形，第二天线单元(2)的两个枝节上均产生了耦合电流，且耦合电流的方向相反相互抵消，从而第一天线单元(1)与第二天线单元(2)之间的耦合系数S21得到降低。将天线弯折成多个L形组合是增加
弯折的自由度使能够被解耦的天线数量得到增加。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术是一种设计简单实用性强的自解耦天线阵列，高隔离度的实现不需要添加额外的去耦结构，同时可以通过控制弯折天线操作的次数来控制天线的弯折自由度，从而控制能够解耦天线阵列的天线单元数量，同时相比其余专利技术可以实现高端口隔离度的解耦(>20dB)，同时天线放置紧密且对称具有良好的可实现性。
附图说明
[0022]图1是弯折优化过后的自解耦高隔离度四单元MIMO天线阵列的平面结构示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列，其特征在于包括n个四单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列，n≥1；其中每个四单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列，为轴对称结构，其包括介质基板、分别铺设在介质基板上下表面的金属层和系统地板；所述金属层包括结构相同且互不接触的第一天线单元(1)、第二天线单元(2)、第三天线单元(3)、第四天线单元(4)；第一天线单元(1)、第二天线单元(2)分布在介质基板的一侧，第三天线单元(3)、第四天线单元(4)分布在介质基板的另一侧；第一天线单元(1)、第二天线单元(2)与第三天线单元(3)、第四天线单元(4)关于介质基板长度方向中心线轴对称设置，第一天线单元(1)、第二天线单元(2)关于介质基板宽度方向中心线轴对称设置，第三天线单元(3)、第四天线单元(4)关于介质基板宽度方向中心线轴对称设置；所述第一天线单元(1)、第二天线单元(2)、第三天线单元(3)、第四天线单元(4)的天线辐射部分中的其中一臂部进行自身弯折；自身弯折部分包括n个L形结构。2.根据权利要求1所述的一种多单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列，其特征在于相邻L形结构进行首尾连接，且相邻L形结构连接部分夹角为90
°
。3.根据权利要求1所述的一种多单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵列，其特征在于所述弯折部分还包括竖直部分；位于最外侧的L形结构与竖直部分连接。4.根据权利要求1所述的一种多单元自解耦高隔离小型化MIMO天线阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：何阳阳，程一峰，吴文敬，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：