一种宽带二元阵列天线的去耦合结构
阅读说明：本技术 一种宽带二元阵列天线的去耦合结构 (Decoupling structure of broadband binary array antenna ) 是由 邓华阳 郑秋菊 胡珺珺 张珈瑞 于 2021-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及天线领域,公开了一种宽带二元阵列天线的去耦合结构,共面隔离墙设置在上层基板几何中心,两个矩形辐射贴片对称设置在共面隔离墙的两侧；低介电常数介质基板与上层基板连接；下层基板与低介电常数介质基板连接,两个矩形金属贴片对称设置在下层基板上。共面隔离墙布置在上层微带天线单元之间,可以阻断微带天线阵列单元之间直接耦合电场的传播路径,进而实现降低微带天线阵列单元之间互相耦合的目的。且隔离墙同样阻断下层微带天线单元之间的直接耦合电场的传播路径,降低宽带微带天线阵列的耦合。(The invention relates to the field of antennas and discloses a decoupling structure of a broadband binary array antenna.A coplanar isolation wall is arranged at the geometric center of an upper-layer substrate, and two rectangular radiation patches are symmetrically arranged at two sides of the coplanar isolation wall; the low dielectric constant medium substrate is connected with the upper layer substrate; the lower substrate is connected with the low-dielectric-constant dielectric substrate, and the two rectangular metal patches are symmetrically arranged on the lower substrate. The coplanar isolation wall is arranged between the upper-layer microstrip antenna units, so that the propagation path of a direct coupling electric field between the microstrip antenna array units can be blocked, and the aim of reducing the mutual coupling between the microstrip antenna array units is fulfilled. And the isolation wall also blocks the transmission path of the direct coupling electric field between the lower layer microstrip antenna units, and the coupling of the broadband microstrip antenna array is reduced.)
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其涉及一种宽带二元阵列天线的去耦合结构。
背景技术
现有的场对消去耦合技术通常需要重新设计一个适用于原天线阵列的去耦合网络，或者需要在天线阵列特定的位置布置特定结构的寄生单元，因此该技术对天线阵列单元的类型要求极高，加载接地板枝节技术改变了天线地板的结构，因此会改变天线的辐射特性。
内置解耦网络需要单独设计一款馈电网络，该技术显然不适用于对馈电结构要求简单的天线阵列，且增加了天线的设计难度。
对于带阻滤波法中的电磁带隙结构，需要具有特殊的结构使之产生相应的带阻频段。缺陷地结构通常需要在天线的接地板上刻槽，因此该结构将会增加天线的反相辐射。而超材料去耦合技术对天线阵列的辐射波的方向敏感度极强，而频率选择表面将增加天线的剖面高度，显然不符合天线的小型化要求。
此外，以上所提天线阵列的去耦合技术基本只能实现窄带天线阵列的去耦合，很难符合宽带阵列天线的去耦合技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带二元阵列天线的去耦合结构，旨在通过与共面隔离墙集成与同一介质基板，有效地应用了天线的空间，减小了天线的剖面高度和设计复杂度，实现了宽带二元阵列天线的去耦合。
为实现上述目的，本发明提供了一种宽带二元阵列天线的去耦合结构，包括上层天线单元、低介电常数介质基板和下层天线单元，所述上层天线单元包括上层基板、两个矩形辐射贴片和共面隔离墙，所述共面隔离墙设置在所述上层基板几何中心，两个所述矩形辐射贴片对称设置在所述共面隔离墙的两侧；
所述低介电常数介质基板与所述上层基板连接；
所述下层天线单元包括下层基板和两个矩形金属贴片，所述下层基板与所述低介电常数介质基板连接，并位于所述低介电常数介质基板远离所述上层基板的一侧，两个所述矩形金属贴片对称设置在所述下层基板上。
其中，所述宽带二元阵列天线的去耦合结构还包括两个同轴馈电端口和公共接地板，所述公共接地板与所述下层基板连接，两个所述同轴馈电端口与所述公共接地板连接，并与所述下层基板连接。
采用同轴馈电点的方式对天线进行馈电，所述同轴馈电端口的内导体与所述矩形金属贴片相连接，外导体与所述公共接地板相连接进行平衡馈电。
其中，所述低介电常数介质基板具有焊接槽，所述焊接槽对应两个所述同轴馈电端口设置。
所述焊接槽便于在实际工程加工中对天线的同轴馈电端口内导体与下层天线金属贴片进行焊接。
其中，所述共面隔离墙由多个带有凹陷槽的曲折金属环按照无缝隙方式排列组成。
所述曲折金属环的凹陷槽分布四周，目的是增大共面隔离墙的作用路径，进而实现小型化的目的。
其中，所述共面隔离墙的数量有三个，三个所述共面隔离墙无缝隙放置，并设置在两个所述矩形辐射贴片之间。
其中，调节所述曲折金属环的尺寸大小和所述曲折金属环的数目对天线单元之间的相互耦合进行调节。
本发明的一种宽带二元阵列天线的去耦合结构，所述共面隔离墙布置在上层微带天线单元之间，可以有效阻断微带天线阵列单元之间直接耦合电场的传播路径，进而实现降低微带天线阵列单元之间互相耦合的目的。且隔离墙同样可以阻断下层微带天线单元之间的直接耦合电场的传播路径，降低宽带微带天线阵列的耦合，同时对微带天线阵列的辐射特性基本没有影响。通过调节所述矩形辐射贴片和所述矩形金属贴片的尺寸与所述低介电常数介质基板的厚度可以有效的调节天线的工作频段和带宽。本发明具有如下优点：
1.天线的结构简单，基本天线单元由双层微带天线构成。
2.实现双层宽带二元微带阵列天线去耦合的方式非常简单，加工方便，成本低廉，将共面隔离墙集成于上层微带天线单元之间就可以阻断微带天线阵列阵元之间的互相耦合路径。
3.本发明所设计的天线具有普通微带天线不可比拟的带宽优势，极大地展宽了天线的工作带宽，同时加载共面隔离墙后，天线具有较大的去耦合频段，可以适用于5G移动通信。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种宽带二元阵列天线的去耦合结构的俯视图；
图2是本发明的低介电常数介质基板的结构图；
图3是本发明的一种宽带二元阵列天线的去耦合结构的仰视图；
图4是本发明的一种宽带二元阵列天线的去耦合结构的侧视图；
图5是本发明的一种宽带二元阵列天线的去耦合结构的大有连接凹块和连接螺杆的侧视图；
图6是本发明的共面隔离墙的结构图；
图7是本发明的一种宽带二元阵列天线的仿真传输系数和反射系数结果图。
1-上层天线单元、2-低介电常数介质基板、3-下层天线单元、4-同轴馈电端口、5-公共接地板、6-连接凹块、7-连接螺杆、11-上层基板、12-矩形辐射贴片、13-共面隔离墙、21-焊接槽、22-安装块、23-卡槽、31-下层基板、32-矩形金属贴片、131-曲折金属环、132-凹陷槽。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1～图6，本发明提供一种宽带二元阵列天线的去耦合结构，包括：
上层天线单元1、低介电常数介质基板2和下层天线单元3，所述上层天线单元1包括上层基板11、两个矩形辐射贴片12和共面隔离墙13，所述共面隔离墙13设置在所述上层基板11几何中心，两个所述矩形辐射贴片12对称设置在所述共面隔离墙13的两侧；所述低介电常数介质基板2与所述上层基板11连接；所述下层天线单元3包括下层基板31和两个矩形金属贴片32，所述下层基板31与所述低介电常数介质基板2连接，并位于所述低介电常数介质基板2远离所述上层基板11的一侧，两个所述矩形金属贴片32对称设置在所述下层基板31上。
在本实施方式中，所述13共面隔离墙布置在上层天线单元1之间，可以有效阻断天线阵列单元之间直接耦合电场的传播路径，进而实现降低天线阵列单元之间互相耦合的目的。且隔离墙同样可以阻断下层天线单元之间的直接耦合电场的传播路径，降低宽带天线阵列的耦合，同时对天线阵列的辐射特性基本没有影响。通过调节所述矩形辐射贴片12和所述矩形金属贴片32的尺寸与所述低介电常数介质基板2的厚度可以有效的调节天线的工作频段和带宽。
进一步的，所述宽带二元阵列天线的去耦合结构还包括两个同轴馈电端口4和公共接地板5，所述公共接地板5与所述下层基板31连接，两个所述同轴馈电端口4与所述公共接地板5连接，并与所述下层基板31连接。所述低介电常数介质基板2具有焊接槽21，所述焊接槽21对应两个所述同轴馈电端口4设置。
在本实施方式中，本发明采用同轴馈电点的方式对天线进行馈电，所述同轴馈电端口4的内导体与所述矩形金属贴片32相连接，外导体与所述公共接地板5相连接进行平衡馈电。所述焊接槽21便于在实际工程加工中对天线的同轴馈电端口4内导体与下层天线金属贴片进行焊接。
进一步的，所述共面隔离墙13由多个带有凹陷槽132的曲折金属环131按照无缝隙方式排列组成；所述共面隔离墙13的数量有三个，三个所述共面隔离墙13无缝隙放置，并设置在两个所述矩形辐射贴片12之间；调节所述曲折金属环131的尺寸大小和所述曲折金属环131的数目对天线单元之间的相互耦合进行调节；
在本实施方式中，所述曲折金属环131的凹陷槽132分布四周，目的是增大共面隔离墙的作用路径，进而实现小型化的目的。且该结构与天线阵列同样采用印刷电路工艺进行加工，加成简便，成本较低，可以集成于所述上层天线单元1之间，结构简单。
进一步的，所述低介电常数介质基板具有安装块22，所述上层基板11和所述下层基板31具有对应所述安装块22的卡槽23，所述安装块22设置在所述卡槽23内。
在本实施方式中，通过所述安装块22和所述卡槽23配合，可以方便的将所述上层基板11和所述下层基板31与所述低介电常数介质基板2准确定位连接，使得组装更加方便。
进一步的，所述宽带二元阵列天线的去耦合结构还包括连接凹块6，所述连接凹块6与所述上层基板11和所述下层基板31滑动连接，并位于所述低介电常数介质基板2的一侧；所述宽带二元阵列天线的去耦合结构还包括连接螺杆7，所述连接螺杆7与所述连接凹块6螺纹连接，并穿入所述低介电常数介质基板2。
在本实施方式中，通过所述连接凹块6可以在所述上层基板11和所述下层基板31的槽中滑动，从而可以在所述上层基板11和所述下层基板31组装完后，通过所述连接凹块6对三层结构再次夹紧加固。然后可以转动所述连接螺杆7使得所述连接凹块6和所述低介电常数介质基板2固定。
所述共面隔离墙13由11个最基本的金属单元环按照紧凑的方式无缝隙地放置在一起构成一列共面隔离墙13，三列相同的共面隔离墙13按照紧凑的方式无缝隙地放置在一起共同嵌入上层天线单元之间，通过调节带有凹陷结构的曲折金属环131的尺寸大小和构成隔离墙的带有凹陷结构的曲折金属环131的数目可以降低在相应的天线阵列工作频段内天线单元之间的互相耦合。同时由于共面隔离墙13与上层天线贴片集成于同一介质基板表面可以阻断上下层天线单元之间的耦合路径，因此，天线的辐射特性将基本不受影响。
本发明具有如下优点：
1.天线的结构简单，基本天线单元由双层天线构成。
2.实现双层宽带二元阵列天线去耦合的方式非常简单，加工方便，成本低廉，将共面隔离墙13集成于上层天线单元之间就可以阻断天线阵列阵元之间的互相耦合路径。
3.本发明所设计的天线具有普通天线不可比拟的带宽优势，极大地展宽了天线的工作带宽，同时加载共面隔离墙13后，天线具有较大的去耦合频段，可以适用于5G移动通信。
设计的天线的仿真传输系数和反射系数结果如图7所示，传输系数表表该双层宽频天线之间的互相耦合度，可以看到，加载共面隔离墙13可以实现降低在较宽相对工作频段内降低宽带天线单元之间互相耦合的目的。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
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