一种应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络

本发明属于天线，尤其涉及一种应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络。

背景技术：

1、mimo(multiple-input multiple-output，多输入多输出)天线系统具有显著增加无线通信系统信道容量的能力。然而，多天线系统目前正朝着小型化和集成化的方向发展，这意味着越来越多的天线将被集成到体积越来越紧凑的设备中，这样不可避免地会拉近天线的物理距离，使得天线之间存在较强的耦合。天线之间的耦合会使得多天线系统的各种关键参数，例如增益、效率等显著降低。

2、对于多天线单元之间的耦合抑制问题，有很多去耦方法被提出，常见的去耦方法有电磁带隙结构(electromagnetic band-gap,ebg)，超材料覆层或者去耦网络等结构。然而，ebg结构由于需要周期性排布于天线单元之间，通常需要占用较大的体积，因此不适用于抑制具有紧密放置的天线之间的耦合。超材料覆层通常被放置在天线上方一定高度处，这种方法以增加天线的剖面高度为代价实现了良好的去耦性能。此外，去耦网络由于具有清晰的设计理论和较低的剖面高度而备受关注，但是目前大多数的去耦网络仅能抑制两个天线之间的耦合。

3、现有技术中，存在如下不足：对于多天线单元之间的耦合抑制问题，在考虑不占用较大的体积并且不增加天线剖面高度的前提下，可采取去耦网络的方法。然而，目前大多数的去耦网络仅能抑制两个天线之间的耦合。当天线的数量增加时，天线之间会存在多条耦合路径，因此，需要针对不同的耦合路径采用针对性的去耦网络，这样会使得去耦网络设计的难度和复杂度增加。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术为问题是，提供一种应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络，不需要占用太大的体积，能够适用于紧密放置的天线阵列的耦合抑制；并且没有增加天线的剖面高度。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络，包括：辐射天线阵列、截特性阻抗与天线端口阻抗相同的传输线结构、寄生结构、四端口crdn结构和单枝节匹配网络；

4、所述辐射天线阵列和寄生结构印刷在第一介质基板上；

5、所述传输线结构、所述四端口crdn结构以及所述单枝节匹配网络印刷在第二介质基板上；

6、通过同时控制传输线结构与寄生结构的尺寸，将辐射天线的互导纳的实部在预定频段内转换为0，并且在预定频段内四端口crdn结构的互导纳的虚部能够与辐射天线的互导纳的虚部相互抵消，实现对所述辐射天线之间不同耦合的抑制。通过单枝节匹配网络能够更进一步优化辐射天线的匹配带宽。

7、作为优选，所述辐射天线阵列包含四个辐射天线，分别沿着第一方向和第二方向间隔排列，构成2×2天线阵列。所述第一辐射天线具有与第二方向呈+45°的极化方向，第二辐射天线与第一辐射天线关于第一方向中心对称，第三辐射天线和第三辐射天线与第一辐射天线和第二辐射天线关于第二方向中心对称。

8、作为优选，任意相邻两个辐射天线的几何中心的距离为0.35λ0，λ0为辐射天线工作在中心频率3.5ghz时，电磁波在真空中的波长。

9、作为优选，辐射天线之间存在共极化耦合和交叉极化耦合，分别在-10db和-15.6db左右。

10、作为优选，所述辐射天线之间存在对角互导纳和邻边互导纳。

11、作为优选，所述辐射天线阵列还包括：馈电柱；所述馈电柱的一端与辐射天线连接，穿过第一介质基板，另一端与特性阻抗与天线端口阻抗相同的传输线相连。

12、作为优选，所述四端口crdn结构由四个紧密放置的并且相同的方形开口谐振器构成，通过控制谐振器开槽的位置，得到所期望的互导纳的虚部值。

13、作为优选，相邻的辐射天线中心到中心的间距为d，辐射天线的长度为lr，辐射天线的馈电位置5距离边缘的长度为ld；寄生单元的长度为lp，宽度为wp；引入的传输线的长度总和为lf1+lf2+lf3；在四端口crdn结构中，开口谐振器的长度为lc，宽度为wc，谐振器开槽的位置距离其中心的偏移距离为ls，谐振器开槽部分的长度为g3；沿着第一方向和第二方向，开口谐振器之间的间隙分别为g2和g1；具体对应的参数如下：

14、d＝30mm,lr＝12.2mm,ld＝7.1mm,lp＝27mm,wp＝2mm,lf1＝1.3mm,lf2＝4.1mm,lf3＝8.6m

15、m,lc＝4.2mm,wc＝0.3mm,g1＝0.2mm,g2＝0.1mm,ls＝0.8mm,g3＝0.15mm。

16、本发明包括辐射天线阵列、一截特性阻抗与天线端口阻抗相同的传输线结构、寄生结构、四端口crdn结构和单枝节匹配网络；辐射天线阵列包括四个辐射天线，其中至少存在两种不同类型的耦合；传输线结构与寄生结构共同作用，用于使得辐射天线之间的两种不同的互导纳的实部在一定的频段内均接近0；四端口crdn结构用于提供至少两种不同的互导纳的虚部，用于与辐射天线之间不同的互导纳的虚部相互抵消；通过这样设计，能够使得四个辐射天线之间的两种不同类型的互导纳的实部和虚部均接近于零，从而实现耦合的降低；单枝节匹配网络用于进一步拓展天线的匹配带宽；该天线的设计工艺简单，成本较低，结构稳定，加工技术成熟，适合大规模量产；同时，本发明在有限的空间内提升了天线之间的隔离度，适用于紧凑型多天线去耦系统，且具有低剖面性和可拓展性，可推广至不同的天线类型以及其他频段。

技术特征：

1.一种应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络，其特征在于，包括：辐射天线阵列、截特性阻抗与天线端口阻抗相同的传输线结构、寄生结构、四端口crdn结构和单枝节匹配网络；

2.根据权利要求1所述的应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络，其特征在于，所述辐射天线阵列包含四个辐射天线，分别沿着第一方向和第二方向间隔排列，构成2×2天线阵列；第一辐射天线具有与第二方向呈+45°的极化方向，第二辐射天线与第一辐射天线关于第一方向中心对称，第三辐射天线和第三辐射天线与第一辐射天线和第二辐射天线关于第二方向中心对称。

3.根据权利要求2所述的应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络，其特征在于，任意相邻两个辐射天线的几何中心的距离为0.35λ0，λ0为辐射天线工作在中心频率3.5ghz时，电磁波在真空中的波长。

4.根据权利要求3所述的应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络，其特征在于，辐射天线之间存在共极化耦合和交叉极化耦合，分别在-10db和-15.6db左右。

5.根据权利要求4所述的应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络，其特征在于，所述辐射天线之间存在对角互导纳和邻边互导纳。

6.根据权利要求5所述的应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络，所述辐射天线阵列还包括：馈电柱；所述馈电柱的一端与辐射天线连接，穿过第一介质基板，另一端与特性阻抗与天线端口阻抗相同的传输线相连。

7.根据权利要求6所述的应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络，其特征在于，所述四端口crdn结构由四个紧密放置的并且相同的方形开口谐振器构成，通过控制谐振器开槽的位置，得到所期望的互导纳的虚部值。

8.根据权利要求7所述的应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络，其特征在于，相邻的辐射天线中心到中心的间距为d，辐射天线的长度为lr，辐射天线的馈电位置距离边缘的长度为ld；寄生单元的长度为lp，宽度为wp；引入的传输线的长度总和为lf1+lf2+lf3；在四端口crdn结构中，开口谐振器的长度为lc，宽度为wc，谐振器开槽的位置距离其中心的偏移距离为ls，谐振器开槽部分的长度为g3；沿着第一方向和第二方向，开口谐振器之间的间隙分别为g2和g1；具体对应的参数如下：

技术总结
本发明公开一种应用于多天线单元互耦抑制的耦合谐振器去耦网络，包括：辐射天线阵列、截特性阻抗与天线端口阻抗相同的传输线结构、寄生结构、四端口CRDN结构和单枝节匹配网络；辐射天线阵列和寄生结构印刷在第一介质基板上；传输线结构、四端口CRDN结构以及单枝节匹配网络印刷在第二介质基板上；通过同时控制传输线结构与寄生结构的尺寸，将辐射天线的互导纳的实部在预定频段内转换为0，并且在预定频段内四端口CRDN结构的互导纳的虚部能够与辐射天线的互导纳的虚部相互抵消，实现对辐射天线之间不同耦合的抑制。采用本发明技术方案，不需要占用太大的体积，能够适用于紧密放置的天线阵列的耦合抑制；并且没有增加天线的剖面高度。

技术研发人员：赵鲁豫,赵阁,李迎松,黄志祥,吴先良
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8