一种抑制宽带双极化基站天线间耦合的级联型裂环谐振器
阅读说明：本技术 一种抑制宽带双极化基站天线间耦合的级联型裂环谐振器 (Cascade split ring resonator for inhibiting coupling between broadband dual-polarized base station antennas ) 是由 刘震国 李茜 陆卫兵 于 2021-06-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种抑制宽带双极化基站天线间耦合的级联型裂环谐振器,包括,裂环谐振器、金属条带和介质基片；其中,两个所述裂环谐振器通过所述金属条带桥接,并印刷于所述介质基片上。通过本发明可以利用裂环谐振器的带隙滤波的原理,降低了双极化基站天线间的耦合,同时扩展了去耦结构的带宽,实现了1.71GHz-2.69GHz宽带双极化基站天线间的解耦,还能够缩小天线阵列的3dB波宽,为未来4G、5G宽带双极化基站阵列的解耦提供帮助。(The invention discloses a cascade split-ring resonator for inhibiting coupling between broadband dual-polarized base station antennas, which comprises a split-ring resonator, a metal strip and a dielectric substrate, wherein the split-ring resonator is arranged on the dielectric substrate; wherein two of the split-ring resonators are bridged by the metal strip and printed on the dielectric substrate. The invention can utilize the band gap filtering principle of the split ring resonator, reduce the coupling between the dual-polarized base station antennas, simultaneously expand the bandwidth of the decoupling structure, realize the decoupling between the 1.71GHz-2.69GHz broadband dual-polarized base station antennas, also can reduce the 3dB wave width of the antenna array, and provide help for the decoupling of the future 4G, 5G broadband dual-polarized base station arrays.)
技术领域
本发明涉及微波器件的
技术领域
，尤其涉及一种抑制宽带双极化基站天线间耦合的级联型裂环谐振器。背景技术
多天线系统是移动通信天线发展的一个重要趋势。然而，小间距天线单元间的互耦会导致天线方向图相关性的增加和通信容量的降低。对于基站天线来说，天线单元之间的耦合加强，并且阵列H面的的3dB波宽扩展。
国内外对减少天线间的相互耦合做了许多研究，不过大部分解耦方法都是针对微带天线阵列的。比如解耦地(DG)结构，通过引入异相表面耦合来消除自由空间耦合；比如使用一个负磁导率的超表面将传播的耦合波转变为衰减波。
针对基站天线同样提出了一些解决方法，但带宽一般很窄。比如，提出的双极化基站天线阵列的阵列解耦面(ADS)(K.Wu,C.Wei,X.Mei and Z.Zhang,"Array-AntennaDecoupling Surface,"in IEEE Transactions on Antennas andPropagation,vol.65,no,12,pp,6728-6738,Dec,2017,doi:10.1109/TAP.2017.2712818.),不可避免地增加了阵列的轮廓，且只适用于窄带。
微带天线阵列解耦的一种方法是通过在两个天线元件之间加入谐振结构，直接抑制天线的表面波，以实现高隔离，比如开槽型互补裂环谐振器——SCSRR(M.M.Bait-Suwailam,O.F.Siddiqui and O.M.Ramahi,"Mutual Coupling Reduction BetweenMicrostrip Patch Antennas Using Slotted-Complementary Split-Ring Resonators,"IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.,vol.9,pp.876-878,2010.)。SCSRR由两个互补裂环谐振器(CSRR)组成，它们由一个附加插槽连接。CSRR的带隙滤波特性用以实现解耦，两个CSRR级联可以实现解耦结构的宽带特性。近年来，有学者将裂环谐振器(SRR)结构加载在基站天线的挡板上，实现了从微带解耦方案到基站天线解耦方案的转换，但由于目前宽带基站天线阵列去耦的方案十分稀少，将微带解耦方案转化为基站阵列解耦方案的思想，值得进一步的深入研究。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种抑制宽带双极化基站天线间耦合的级联型裂环谐振器，该发明能够实现宽带双极化基站阵列单元间的解耦，实现结构简单，同时能够缩小天线阵列的3dB波宽。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明提供了一种抑制宽带双极化基站天线间耦合的级联型裂环谐振器，包括，裂环谐振器、金属条带和介质基片；其中，两个所述裂环谐振器通过所述金属条带桥接，并印刷于所述介质基片上。
进一步的，在本发明中：所述裂环谐振器还包括第一小裂环谐振器和第二小裂环谐振器，所述第二小裂环谐振器设置于所述第一小裂环谐振器内部，且所述第一小裂环谐振器和所述第二小裂环谐振器均为长方形结构，其中一边的中心设有缺口。
进一步的，在本发明中：所述介质基片的介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，且所述介质基片为FR4板材，其厚度为1mm，两侧距边缘0.5mm处设置宽为1mm、高为25mm的缝隙。
进一步的，在本发明中：还包括基站天线，所述裂环谐振器设置于两个基站天线之间，一个基站天线一个级联型裂环谐振器，所述裂环谐振器与所述基站天线的中心距离为76mm。
进一步的，在本发明中：所述基站天线为2*2阵列，间距0.6λ，频段为1.71GHz-2.69GHz，所述基站天线设置于300mm*600mm的矩形金属反射板上，基站天线阵列的中心即为金属反射板的中心。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果是：
(1)本发明通过将级联型裂环谐振器印刷在介质基片上，加载在基站天线单元之间，能够实现宽带基站天线单元间的去耦，同时缩小阵列3dB波宽；
(2)本发明利用裂环谐振器的带隙滤波的原理，降低了双极化基站天线单元间的耦合，可以有效改善双极化基站天线间的同极化、垂直极化隔离度；
(3)本发明利用级联型裂环谐振器相当于两个级联滤波器的原理，扩展了去耦结构的带隙，实现了1.71GHz-2.69GHz、相对带宽44.5％的宽带双极化基站阵列单元间的解耦。
附图说明
图1为本发明所述抑制宽带双极化基站天线间耦合的级联型裂环谐振器的整体结构示意图；
图2为本发明中级联型裂环谐振器的结构示意图；
图3为本发明中裂环谐振器的结构示意图；
图4为加载本发明所述级联型裂环谐振器前后的双极化基站阵列S参数仿真结果对比图；
图5为加载本发明所述级联型裂环谐振器前后的双极化基站阵列的H面(即XOZ面)3dB波宽的对比图；
图6为加载本发明所述级联型裂环谐振器前后的双极化基站阵列的主极化和交叉极化方向图的对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以用许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。
如图1所示，为本发明提出的一种抑制宽带双极化基站天线间耦合的级联型裂环谐振器的整体结构示意图，具体包括，裂环谐振器1、金属条带2和介质基片3；
参照图2的示意，为级联型裂环谐振器的结构示意图，级联型裂环谐振器为两个所述裂环谐振器1通过所述金属条带2桥接构成，并印刷于所述介质基片3上。
具体的，所述介质基片3的介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，且所述介质基片3为FR4板材，其厚度为1mm，两侧距边缘0.5mm处设置宽为1mm、高为25mm的缝隙。
进一步的，介质基片3在其四个侧壁的边界处可以近似地看作是一个完美的磁导体PMC，可以有效地激励级联型裂环谐振器。
参照图3的示意，所述裂环谐振器1还包括第一小裂环谐振器1-1和第二小裂环谐振器1-2，所述第二小裂环谐振器1-2设置于所述第一小裂环谐振器1-1内部，且所述第一小裂环谐振器1-1和所述第二小裂环谐振器1-2均为长方形结构，其中一边的中心设有缺口。
具体的，第一小裂环谐振器1-1和第二小裂环谐振器1-2的尺寸不一致，第二小裂环谐振器1-2较小，从而使第二小裂环谐振器1-2可以设置于第一小裂环谐振器1-1内，二者无接触，参照图3，第一小裂环谐振器1-1的缺口与第二小裂环谐振器1-2的缺口设置于相对的方位，即第一小裂环谐振器1-1的缺口所在边的相对边靠近第二小裂环谐振器1-2的缺口所在边，同时第二小裂环谐振器1-2的缺口所在边的相对边靠近第一小裂环谐振器1-1的缺口所在边。
进一步的，本实施例中，第一小裂环谐振器1-1和第二小裂环谐振器1-2的宽度均为2.25mm，其中，第一小裂环谐振器1-1缺口的长*宽尺寸是3.75mm*2.25mm，第二小裂环谐振器1-2缺口的长*宽尺寸是6.56mm*2.25mm。
裂环谐振器1会产生谐振，且中心频率fc为：
其中，L和C分别为裂环谐振器1的电感和电容，电感L与第一小裂环谐振器1-1和第二小裂环谐振器1-2的宽度、高度相关，电容C与第一小裂环谐振器1-1和第二小裂环谐振器1-2的缺口的长度、宽度相关。当裂环谐振器1的中心谐振频率在天线工作频段之外，裂环谐振器1相当于滤波器，可以实现滤波和谐波抑制。
进一步的，级联型裂环谐振器相当于两个滤波器级联，可以实现宽带的滤波和谐波抑制。通过优化级联型裂环谐振器的尺寸，可以有效抑制双极化基站天线间的同极化、垂直极化耦合。为了达到最佳效果，本实施例中，裂环谐振器1的宽为28mm、高为24mm，且两个裂环谐振器1之间用以桥接的金属条带2的长为11mm、宽为3.5mm。
进一步的，本发明提出的抑制宽带双极化基站天线间耦合的级联型裂环谐振器还包括基站天线4，所述裂环谐振器1设置于两个基站天线4之间，一个基站天线4一个级联型裂环谐振器，所述裂环谐振器1与所述基站天线4的中心距离为76mm。
其中，所述基站天线4为2*2阵列，间距0.6λ，λ对应中心频率2.2GHz的波长，频段为1.71GHz-2.69GHz，所述基站天线4设置于300mm*600mm的金属反射板5的中心处，基站天线4的中心即为金属反射板5的中心。参照图1的示意，图1中标注了基站天线4的各端口并命名为P1-P8，其中端口P1和P5馈电。
为了验证本发明的有益效果，参照图4的示意，为加载级联型裂环谐振器前后的双极化基站阵列S参数仿真结果对比示意图，可以看出，在加载本发明提出的级联型裂环谐振器后，双极化基站阵列4相邻单元间的同极化、垂直极化隔离度显著提高，各端口位置参照图1中的标注，此外，在1.71GHz-2.69GHz频段内，相邻单元间的同极化隔离度|S31|低于-20.5dB，较加挡板前降低了5.2dB，异极化隔离度|S41|低于-23.3dB，较加挡板前降低了3.2dB，满足工程实际应用的要求；并且，加载本发明提出的级联型裂环谐振器后，会使得天线回波损耗S11|降低0.58dB，|S22|降低2.55dB，尽管使得|S21|提高了约3dB，但由于提高了天线单元间隔离，该部分误差可以接受。
进一步的，参照图5和图6的示意，图5为加载级联型裂环谐振器前后的双极化基站阵列的H面，即XOZ面的3dB波宽的对比示意图，图6为加载级联型裂环谐振器前后的双极化基站阵列的主极化、交叉极化方向图的对比示意图，由于基站天线单元间的耦合会带来阵列H面3dB波宽扩展的问题，加载本发明提出的级联型裂环谐振器可以缩小阵列的3dB波宽，最高可达28°；此外，加载本发明提出的级联型裂环谐振器后，阵列主极化方向图保持稳定，同时交叉极化也维持在较低水平，获得了稳定的辐射方向图。
应说明的是，以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述并不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，这些均应落入本发明的保护范围。
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