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CN106910999B - 一种微带天线阵的多层电磁带隙去耦结构 - Google Patents

一种微带天线阵的多层电磁带隙去耦结构 Download PDF

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CN106910999B CN201710040762.8A CN201710040762A CN106910999B CN 106910999 B CN106910999 B CN 106910999B CN 201710040762 A CN201710040762 A CN 201710040762A CN 106910999 B CN106910999 B CN 106910999B
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Abstract

本发明提供一种微带天线阵的多层电磁带隙去耦结构，用来降低阵列天线阵元间的耦合，主要通过在天线阵阵元间增加三个结构完全相同的四层电磁带隙结构实现；所设计的多层电磁带隙去耦结构可以有效的降低天线阵元间的耦合，提高天线阵的隔离度；该天线阵包括位于整个介质板下表面的公共接地板，介质板上表面的矩形辐射贴片，两个同轴馈电端口以及四层电磁带隙结构单元及其各自的短路探针；本发明所设计的多层电磁带隙去耦结构，不仅可以有效的降低天线阵元间的耦合，而且可以有效的提高天线阵的隔离度，实现高性能阵列天线设计。

Description

一种微带天线阵的多层电磁带隙去耦结构
技术领域
本发明涉及一种微带天线阵的多层电磁带隙去耦结构。
背景技术
近年来，阵列天线技术受到了移动通信领域学者们的青睐，并且在基站和雷达中得到了广泛的应用。但是，随着人们对移动通信设备的要求越来越高，阵列天线技术在使用进程中受到了很多限制限制，如体积大，增益低等。此外，现代的移动通信设备要求小型化与便携化，这就要求阵列天线单元所占用的总空间变得很小，从而使天线阵单元之间的距离变得很小。而天线阵阵元间距是阵列天线设计的关键参数之一，当距离大于二分之一波长时，认为各天线单元之间的相关性低，隔离度大，可以很好的工作。但是在现代移动通信设备中，各天线单元之间的距离相对较小，进而使天线阵各阵列单元之间产生强烈的互耦，这不仅会影响天线阵的带宽、辐射方向图和辐射效率等特性，还会导致各天线单元之间的相关性增加，降低通信系统的通信质量。所以，采用去耦合技术降低天线单元之间的互耦，提高天线阵阵元间的隔离度是天线阵列设计的热点问题之一。
2012年Alam M.S.，Islam M.T.和Misran N.提出了一款基于SRS-EBG(SplitringSlotted Electromagnetic Band Gap)去耦的阵列天线，该阵列天线中有两个中心频率为13GHz的天线单元，两个天线单元之间的距离为0.8λ，通过在天线单元之间加载SRS-EBG结构，使得隔离度提升到36.2dB，取得了很好的去耦效果。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种微带天线阵的多层电磁带隙去耦结构，采用多层电磁带隙结构，旨在降低阵列天线阵元间耦合，提高天线阵的隔离度。
本发明的目的是这样实现的：包括公共接地板、对称设置在公共接地板上的介质基板、对称设置在介质基板中心线两侧的两个矩形辐射贴片、两个同轴馈电端，还包括设置在两个矩形辐射贴片之间的成列布置的三个电磁带隙单元，每个电磁带隙单元由四层金属贴片组成，每层金属贴片通过短路探针连接至公共接地板。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.每个带隙单元的最上层的金属贴片为矩形金属贴片、其余三层的金属贴片为刻蚀槽的矩形金属贴片，所述刻蚀槽的矩形金属贴片是指在矩形金属贴片上设置有两组方形开口槽，两组方形开口槽一大一小、大的方形开口槽位于小的方形开口槽外且两组方形开口槽相对设置。
2.所述电磁带隙单元的金属贴片是铜材料贴片，短路探针是直径为1mm的铜柱。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是基于四层电磁带隙去耦结构的微带阵列天线，具有结构紧凑，天线之间的距离为0.13个中心频率波长，远远小于半个波长，满足了集成度越来越高的要求；所设计的微带阵列天线通过采用四层电磁带隙去耦结构，有效的降低天线阵阵元间的耦合，使天线阵阵元间的隔离度大大提高，提高了通信质量。本发明采用同轴馈电方式对两天线单元进行馈电，有利于天线阵的集成设计。
附图说明
图1是本发明的基本结构俯视方向的示意图；
图2是本发明的基本结构主视方向的示意图；
图3是本发明的每层的金属贴片的居图结构示意图(不包括顶层)；
图4是本发明的去耦特性的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1和图2所示，本发明包括位于整个介质基板下表面的公共接地板101，介质基板上表面的矩形辐射贴片301和302，两个同轴馈电端口201和202，以及三个电磁带隙结构单元1003、1004和1005及其各自的短路探针1002、1001和1006。每个电磁带隙结构单元由4层组成，且每层之间采用短路探针连接至接地板，三个电磁带隙单元之间形成的两个尺寸大小相等的缝隙。
为降低设计成本，本发明采用的介质基板是介电常数为4.4的FR4介质，介质基板的长度和宽度根据小型化微带天线原理进行设计，也即介质基板的尺寸采用小型化技术设计。介质基板上的矩形辐射贴片根据微带天线理论进行设计，矩形辐射贴片和介质基板下的公共接地板均采用铜材料，也就是说介质基板下面为天线阵的公共接地板101，实际工程中公共接地板为覆铜结构。每个电磁带隙单元为四层电磁带隙结构401、4102、4103、4104，且均为铜材料贴片，短路探针1001、1002、1006也为直径为1mm的铜柱，相邻两个电磁带隙单元之间的距离相同。
如图1所示，本发明的一种微带天线阵的多层电磁带隙去耦结构，介质基板上表面矩形辐射贴片301和302采用铜制印刷材料印刷在矩形介质基板上，且对称分布在介质基板的中心线两侧，两个同轴馈电端口201和202分别连接SMA连接器，且SMA的内导体与矩形辐射贴片301、302相连，SMA的外导体与公共接地板101连接。两个同轴馈电端口201和202的位置可以根据微带天线设计理论进行确定，以满足天线阵工作频率的要求。
如图3所示，每个电磁带隙结构单元分为四层，每个电磁带隙结构单元包含四层金属贴片和一个短路探针，其中最顶层的金属贴片为矩形金属贴片，下面三层金属贴片均为刻蚀槽的矩形贴片。也即和介质基板较近的三层结构完全一样，相邻两层之间的距离也相同，且下面三层上面均有一对方形开口谐振环结构501和502的槽，最上面一层没有槽，电磁带隙单元的所有层通过一个短路探针1001或1002或1006和公共接地板101连接。具体的说是：每个电磁带隙结构单元的每层贴片401、4102、4103、4104的长、宽一致，每层之间的距离以及每层贴片的尺寸可根据工程需求以及去耦合频率进行设计，电磁带隙结构下面三层上面刻蚀的方形开口谐振环501和502的尺寸可以进行调整以满足天线去耦合需求。且每个电磁带隙结构单元间的间距相等。
如图4所示，本发明的一种微带天线阵的多层电磁带隙去耦结构，在选择合理尺寸，可以使所设计的天线阵的阵元间隔离度提高了30dB。
综上，本发明根据电磁带隙结构理论和天线阵去耦设计理论，在工作频带内设计满足天线阵阵元间耦合降低的电磁带隙结构，将三个完全相同的四层电磁带隙结构单元设置在两个天线阵列中间，且两个天线阵阵元对称分布在电磁带隙结构的两侧。所设计的多层电磁带隙去耦结构可以有效的降低天线阵元间的耦合，提高天线阵的隔离度；该天线阵包括位于整个介质板下表面的公共接地板101，介质板上表面的矩形辐射贴片301和302，两个同轴馈电端口201和202，以及四层电磁带隙结构单元1003、1004和1005及其各自的短路探针1002、1001和1006；本发明所设计的多层电磁带隙去耦结构，不仅可以有效的降低天线阵元间的耦合，而且可以有效的提高天线阵的隔离度，实现高性能阵列天线设计。

Claims (3)

1.一种微带天线阵的多层电磁带隙去耦结构，包括公共接地板、对称设置在公共接地板上的介质基板、对称设置在介质基板中心线两侧的两个矩形辐射贴片、两个同轴馈电端，其特征在于：还包括设置在两个矩形辐射贴片之间的成列布置的三个电磁带隙单元，每个电磁带隙单元由四层金属贴片组成，每层金属贴片通过短路探针连接至公共接地板；每个带隙单元的最上层的金属贴片为矩形金属贴片、其余三层的金属贴片为刻蚀槽的矩形金属贴片。
2.根据权利要求1所述的一种微带天线阵的多层电磁带隙去耦结构，其特征在于：所述刻蚀槽的矩形金属贴片是指在矩形金属贴片上设置有两组方形开口槽，两组方形开口槽一大一小、大的方形开口槽位于小的方形开口槽外且两组方形开口槽的开口相对设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种微带天线阵的多层电磁带隙去耦结构，其特征在于：所述电磁带隙单元的金属贴片是铜材料贴片，短路探针是直径为1mm的铜柱。
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