一种信号去耦装置、天线装置及通信设备的制作方法

1.本技术涉及到通信技术领域，尤其涉及到一种信号去耦装置、天线装置及通信设备。


背景技术：

2.随着移动通信技术的发展，基站和终端设备逐渐从4g，5g到6g演进，主要带来两大发展趋势。
3.一方面，通信质量和传输速率的提升会导致信道容量和频谱效率的需求激增，而且更加精确的波束赋形技术也对天线阵列规模有着较高要求。因此天线单元个数呈指数级增长，massive mimo系统将成为sub-10ghz频段内的重要技术。
4.另一方面，随着小型化和集成化的发展，越来越多的收发机和天线单元会集成到越来越小的设备上。天线单元之间的物理距离将会被极大压缩，天线单元之间的电磁干扰就会极其强烈，会严重降低mimo系统的性能。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种信号去耦装置、天线装置及通信设备，用以改善信号去耦装置的去耦效果，提高信号去耦装置的使用效果。
6.第一方面，提供了一种信号去耦装置，该信号去耦装置用于对天线阵列的天线单元进行去耦，信号去耦装置包括第一介质层以及去耦层。去耦层包括去耦表面，多个金属单元设置在去耦表面上，金属单元用于透射第一电磁信号，并反射第二电磁信号，金属单元反射的第二电磁信号作为用于抵消相邻两个天线单元直接耦合信号，从而可抵消相邻的天线单元之间的直接耦合。第一介质层位于去耦层靠近天线单元的一侧，并用于色散第二电磁信号。在上述技术方案中，利用去耦层上的金属单元反射的第二电磁信号与相邻天线单元之间的直接耦合信号抵消，从而降低天线单元之间的耦合；另外，利用第一介质层对第二电磁信号的色散效果，提高了反射信号的频带宽度，从而可实现较大的去耦频带宽度，提高了去耦效果。
7.在一个具体的可实施方案中，所述第一介质层还用于反射第三电磁信号。通过第一介质层对第三电磁信号形成色散效果，提高去耦频带宽度。
8.在一个具体的可实施方案中，所述第一介质层包括第一材料层和第二材料层；所述第一材料层的介电常数大于所述第二材料层的介电常数；所述第一材料层的介电常数和所述第二材料层的介电常数不同；所述第一材料层和所述第二材料层同层布置。
9.在一个具体的可实施方案中，所述第一材料层的介电常数大于所述第二材料层的介电常数；其中，所述第一材料层和所述第二材料层周期性排布，且所述第一材料层与所述金属单元层叠。通过采用周期性的排布，实现每个天线单元对应的第二电磁信号均可穿过不同介电常数的材料层。
10.在一个具体的可实施方案中，所述第一介质层还包括设置在所述第一材料层和所
述第二材料层中至少一种材料层的第一缝隙；所述第一缝隙内填充有第一空气层；所述第一空气层的介电常数小于所述第一材料层的介电常数和所述第二材料层的介电常数。通过增加的第一空气层，增加了第一介质层具有不同介电常数的材料层的个数，进一步的提高了对反射信号的色散效果。
11.在一个具体的可实施方案中，第一缝隙可设置在第一材料层或第二材料层；或者第一缝隙同时设置在第一材料层和第二材料层。以通过不同的设置方式实现对反射信号的色散。
12.在一个具体的可实施方案，在天线单元为双极化天线单元时，金属单元包括十字交叉的两个金属条；两个金属条与天线单元的两个极化振子一一对应，以反射每个极化振子的部分信号。
13.在一个具体的可实施方案中，金属单元还包括阵列排列的四个金属片；所述两个金属条位于所述四个金属片之间的缝隙内，以通过四个金属片提高对天线单元发射的信号的反射效果。
14.在一个具体的可实施方案中，所述信号去耦装置还包括第二介质层；所述第二介质层与所述去耦层间隔设置，所述第二介质层与所述去耦表面的金属单元形成振荡腔。通过设置的第二介质层与去耦层配合将部分第一电磁信号连续反射，以抵消不相邻的两个天线单元之间的耦合信号。
15.在一个具体的可实施方案中，所述第二介质层包括至少两种材料层；所述至少两种材料层的介电常数不同；且所述至少两种材料层同层设置。通过采用两种不同介电常数的材料层反射部分第一电磁信号，实现对部分第一电磁信号色散。从而可实现较大的去耦频带宽度，提高了去耦效果。
16.在一个具体的可实施方案中，所述第一介质层包括第三材料层和第四材料层；所述第三材料层的介电常数大于所述第四材料层的介电常数；其中，所述第三材料层和所述第四材料层周期性排布，且所述第三材料层与所述金属单元一一对应层叠。通过采用周期性的排布，实现每个天线单元对应的反射信号均可穿过不同介电常数的材料层。
17.在一个具体的可实施方案中，所述第二介质层还包括设置在所述第三材料层和所述第四材料层中至少一种材料层的第二缝隙；所述第二缝隙内填充有第二空气层；所述第二空气层的介电常数小于所述第三材料层的介电常数和所述第四材料层的介电常数。通过增加的第二空气层，增加了第二介质层具有不同介电常数的材料层的个数，进一步的提高了对反射信号的色散效果。
18.在一个具体的可实施方案中，所述信号去耦装置还包括第三介质层；所述第三介质层与所述第二介质层层叠设置，且所述第三介质层位于所述第二介质层背离所述去耦层的一侧；
19.所述第三介质层用于与所述去耦表面的金属单元形成振荡腔。通过第三介质层进一步增加连续反射部分的第一电磁信号的传播距离，以抵消距离较远的天线单元之间的直接耦合，提高去耦效果。
20.在一个具体的可实施方案中，所述第三介质层包括至少两种材料层；所述至少两种材料层的介电常数不同；且所述至少两种材料层的排布方向垂直于所述第二介质层与所述去耦层的层叠方向。通过采用两种不同介电常数的材料层反射部分第一电磁信号，实现
对部分第一电磁信号色散。从而可实现较大的去耦频带宽度，提高了去耦效果。
21.在一个具体的可实施方案中，所述第三介质层包括第五材料层和第六材料层；所述第五材料层的介电常数大于所述第六材料层的介电常数；其中，所述第五材料层和所述第六材料层周期性排布，且所述第五材料层与所述金属单元一一对应层叠。
22.在一个具体的可实施方案中，所述第五材料层设置有第三缝隙；所述第六材料层为填充在所述第三缝隙的第三空气层。
23.在一个具体的可实施方案中，还包括设置在所述去耦层与所述第二介质层之间的填充层。以形成实体结构将第二介质层固定。
24.第二方面，提供了一种信号去耦装置，所述信号去耦装置包括层叠设置的多层人造介质层；相邻的两层人造介质层之间间隔有间隙；且每个人造介质层用于透过第四电磁信号，反射第五电磁信号。在上述技术方案中，通过采用多层人造介质层以形成多个第五电磁信号，分别用于抵消相邻天线单元之间的耦合信号，提高了去耦效果。
25.在一个具体的可实施方案中，所述每个人造介质层包括介质板，以及周期性排列在所述介质板上的金属层。通过金属层形成反射信号。
26.在一个具体的可实施方案中，最靠近所述天线单元的人造介质层设置有镂空结构。通过镂空结构避免引入“有害的”额外反射信号(幅度、相位不满足去耦要求)，并重新引入“有利的”额外反射信号(幅度相位满足去耦要求)。
27.第三方面，提供了一种天线装置，该天线装置包括多个阵列排列的天线单元，以及上述任一项所述的信号去耦装置。通过设置的信号去耦装置降低天线单元之间的耦合效果，提高天线单元的性能。
28.在一个具体的可实施方案中，所述去耦表面与所述天线单元的辐射表面之间的垂直距离介于λ/10～λ/4；λ为所述天线单元的工作频段对应的波长。使得去耦层可以形成的反射信号的幅度和相位满足去耦要求。
29.在一个具体的可实施方案中，所述第三介质层背离所述第二介质层的表面与所述天线单元的辐射表面之间的垂直距离小于λ/2。使得第三介质层和第二介质层反射的信号的幅度和相位满足去耦要求。
30.第四方面，提供了一种通信设备，该通信设备包括基站，以及设置在基站上的信号去耦装置。通过设置的信号去耦装置降低天线单元之间的耦合效果，提高天线单元的性能。
附图说明
31.图1为现有技术中天线阵列的结构示意图；
32.图2为本技术实施例提供的天线装置的结构示意图；
33.图3为本技术实施例提供的信号去耦装置的去耦层的结构示意图；
34.图4为本技术实施例提供的信号去耦装置的第一介质层的结构示意图；
35.图5为图2所示的天线装置的结构框图；
36.图6为本技术实施例提供的另一天线装置的结构示意图；
37.图7为本技术实施例提供的信号去耦装置的第二介质层的结构示意图；
38.图8为本技术实施例提供的另一天线装置的结构示意图；
39.图9为本技术实施例提供的信号去耦装置的第三介质层的结构示意图；
40.图10、图11为天线装置去耦前后的隔离度比较示意图；
41.图12～图15为天线阵列在不同频段的去耦前后的信道容量；
42.图16为本技术实施例提供的另一天线装置的结构示意图；
43.图17为本技术实施例提供的第一人造介质层的结构示意图。
具体实施方式
44.首先介绍一下耦合，在本技术实施例中耦合特指两个天线单元或阵列中任意两个天线单元之间的互相干扰，通常天线阵列间距越小，耦合越明显，当耦合过高时，会对mimo性能造成影响。
45.massive mimo：大规模mimo系统，需要大规模天线阵列来实现。
46.参考图1，图1示出了现有技术中，mimo系统中的天线阵列，天线阵列包含有多个天线单元1，多个天线单元1呈阵列密集排布。在天线单元1工作时，相邻天线单元1之间会出现耦合，从而影响天线阵列的性能，为此本技术实施例提供了一种信号去耦装置，以消除相邻的天线单元1之间的耦合，下面结合具体的附图以及实施例对其进行详细的说明。
47.参考图2，图2示出了本技术实施例提供的天线装置的结构示意图。天线装置包括有三部分结构：地板30，天线单元20和信号去耦装置10。该天线装置可应用于基站天线单元的场景中。天线单元20为基站天线单元，地板30为基站天线单元的反射板，信号去耦装置10位于天线单元20辐射法向正上方(垂直于地板30的方向)，天线单元20发射的信号穿过信号去耦装置10发射出去。作为一种可选的方式，信号去耦装置10可与天线罩体共形或者信号去耦装置10通过支撑结构固定在地板30，以与天线单元20之间相对固定。
48.信号去耦装置10位于天线阵列的上方，信号去耦装置10的大小取决于天线阵列的规模，在与天线阵列配合时，信号去耦装置10应可覆盖天线阵列的阵面，以保证每个天线单元的辐射单元发射出的信号均可穿过信号去耦装置10。
49.为方便描述信号去耦装置10，定义了第一方向，第一方向为垂直于天线单元的阵面，也可理解为垂直于天线单元的地板30表面的方向。信号去耦装置10包括沿第一方向层叠的第一介质层12和去耦层11，其中，第一介质层12位于去耦层11朝向天线单元的一面。
50.一并参考图3，图3示出了信号去耦装置的去耦层11的结构示意图。去耦层11包括去耦表面111以及设置在去耦表面111的多个金属单元112。金属单元112可采用印刷工艺直接形成在去耦表面111，或者采用其他的工艺形成，在本技术实施例中不做具体的限定。
51.多个金属单元112在去耦表面111上阵列排列，且相邻的金属单元112之间间隔有缝隙。如图3中所示的多个金属单元112在排布时呈二维周期排列，该排布方式以与天线阵列的天线单元的排布方式相对应，使得每个金属单元112与每个天线单元一一对应，并且每个金属单元112的位置位于对应天线单元正上方，金属单元112之间的间隙对应天线单元的间隙。应理解，在图3中仅为示出金属单元112与去耦表面111之间的关系，对于金属单元112的个数以及排列方式仅为一个示例，在与图2中所示的天线单元相对应时，金属单元112可根据图2中所示的天线单元的排布方式进行对应调整。
52.每个金属单元112可透射第一电磁信号，并反射第二电磁信号，其中，第一电磁信号为金属单元112对应的天线单元发射的部分信号，第二电磁信号为对应的天线单元发射的另一部分信号。示例性的，去耦层11与天线单元配合时，去耦层11覆盖天线阵列的阵面，
以保证每个天线单元发射出的信号部分穿过金属单元112，部分反射到相邻的天线单元。金属单元112反射的第二电磁信号用于抵消相邻天线单元的直接耦合信号，以降低相邻天线单元之间的耦合。应理解，在金属单元112与对应的天线单元一一对应时，金属单元112的尺寸可以大于、等于或者小于天线单元的辐射单元的阵面面积，在本技术实施例中不做具体限定。
53.在天线单元为双极化天线单元时，金属单元112包括呈十字交叉的两个金属条1121，两个金属条1121与天线单元的两个极化振子一一对应。示例性的，其中一个金属条1121可用于反射一个极化振子发射的部分信号，另一个金属条1121用于反射另一个极化振子发射的部分信号，从而可将天线单元的两个极化方向的信号分别通过两个金属条1121分别反射，降低相邻天线单元之间的耦合。在天线单元为单极化天线单元时，金属单元112可仅包含与该天线单元的辐射单元对应的一个金属条，并通过该金属条反射天线单元的辐射单元发出的信号。
54.作为一个可选的方案，金属单元112还包括阵列排列的四个金属片1122。两个金属条1121呈十字交叉排列时，将金属单元112所在区域划分为四个区域，四个金属片1122一一对应位于四个区域内，并且金属片1122与相邻的金属条1121之间间隔有缝隙。四个金属片1122设置时，增加了金属单元112的反射面积，因此可以有更多的信号被反射到相邻的天线单元。
55.参考图4，图4示出了第一介质层12的结构示意图。第一介质层12包括至少两种用于传输反射信号的材料层，且不同的材料层之间介电常数不同。示例性的，第一介质层12为纯介质结构，第一介质层12包含有第一材料层121和第二材料层122，第一材料层121的介电常数大于第二材料层122的介电常数。如第二材料层122采用介电常数为4.4的fr-4介质板；第一材料层121采用介电常数为9.2的rogers tmm 10介质板。第一介质层12采用上述两种材料层镶嵌混合，得到具有新介电常数的混合材料层。同理，第一介质层12中两种材料层的排布方式仅为了示例出两种材料层的排布规律一个具体的示例，并不与图2中的天线单元或者图3中的去耦层对应。在天线单元的排布方式确定后，第一材料层121以及第二材料层122可根据天线单元的排布规律进行排布。
56.第一材料层121和第二材料层122的个数均为多个，第一材料层121和第二材料层122交替排列拼接形成第一介质层12。第一材料层121和第二材料层122同层布置，从而形成一个二维周期性排列。其中，第一材料层121与金属单元一一对应层叠，且每个第一材料层121位于对应的金属单元的下方。第二材料层122与金属单元之间的缝隙一一对应，并与该缝隙层叠。应理解，除采用上述排布方式外，还可采用将第二材料层122与金属单元一一对应层叠，第一材料层121与金属单元之间的缝隙一一对应层叠。
57.应理解，无论采用第一材料层121与金属单元层叠，还是采用第二材料层122与金属单元层叠。与金属单元层叠的材料层的尺寸可以大于、小于或者等于对应的金属单元的尺寸。
58.作为一个可选的方案，第一介质层12还包括设置在第一材料层121和第二材料层122中至少一种材料层的第一缝隙123；第一缝隙123内填充有第一空气层；第一空气层的介电常数小于第一材料层121的介电常数和第二材料层122的介电常数。示例性的，在第一材料层121和第二材料层122进行周期性开槽，以形成x型的第一缝隙123，该第一缝隙123内填
充有空气，从而使得第一介质层12可混合空气的介电常数。
59.应理解，第一缝隙123除可采用上述的x形缝隙，还可采用其他形状，如第一缝隙123还可采用圆形、一字型或者其他类型的形状。
60.对于第一缝隙123的设置位置在本技术实施例中也不做具体限定，既可以选择仅在第一材料层121设置第一缝隙123，也可仅在第二材料层122设置第一缝隙123，或者采用上述示例的同时在第一材料层121和第二材料层122设置缝隙。另外，第一缝隙123设置在第一材料层121时，可设置在全部的第一材料层121，也可设置在部分的第一材料层121；同理，第二缝隙设置在第二材料层122时，也可仅在部分第二材料层122或者全部材料层设置。从而可通过调整第一缝隙123的大小和形状来改变占空比，进而优化出具有良好去耦效果的等效介质板。
61.在金属单元反射天线单元发射的信号时，形成的第二电磁信号穿过第一介质层12。而第二电磁信号本质也是一种电磁波，电磁波在穿过不同介质时，不同频率的波可穿过不同介电常数的材料层，因此在第一介质层12采用多种不同介电常数的材料(第一材料层121、第二材料层122、第一空气层)时，可对第二电磁信号形成色散效应，从而使得传输到相邻天线单元的第二电磁信号具有较宽的频段。可在较宽频段内实现去耦。
62.另外，第一介质层12还用于反射第三电磁信号，第三电磁信号为第一介质层12反射的天线单元发射的部分信号，形成用于抵消相邻两个天线单元直接耦合信号。电磁波传播到不同介质表面时，由于不同材料的介电常数不同，导致不同的材料的介电常数与空气的介电常数之间的差不同，进而造成不同介质与空气的波阻抗不连续性不同，从而可以形成色散的第三电磁信号。上述的波阻抗不连续性指代的是空气和第一种介质产生一个波阻抗不连续性；空气跟第二介质也会产生一个波阻抗不连续性。这两种波阻抗不连续性是不同的。第三电磁信号也具有较宽的频段，因此在与相邻天线单元之间的直接耦合信号去耦时，可在较宽频段内实现去耦。
63.另外，第一介质层12除上述示例的采用两种或者三种不同介电常数的材料层外，还可采用四种、五种等不同介电常数的材料层，从而可将反射信号色散出更多频段的信号。
64.为方便理解本技术实施例提供的信号去耦装置的工作原理，下面结合具体的附图对其进行说明。
65.参考图5，图5示出了图2所示的天线装置的框图结构。参考图5所示的带线头的直线，每个天线单元发射的信号会与相邻的天线单元之间产生耦合，在本技术中将两个天线单元之间的耦合称之为直接耦合，将两个天线单元之间直接耦合的信号命名为直接耦合信号200。
66.为方便描述信号去耦装置10的去耦效果，将天线阵列中的两个相邻的第一天线单元21和第二天线单元22为例进行说明。
67.第一天线单元21、第二天线单元22设置在地板30上，且第一天线单元21、第二天线单元22的辐射面(发射信号的表面)距离地面的距离为h2，示例性的，h2可以为λ/4。λ为所述天线单元的工作频段对应的波长。
68.去耦层11位于天线单元的上方，天线单元发射的第一电磁信号可透过去耦层11，第二电磁信号反射到相邻的天线单元，以形成用于抵消相邻天线单元直接耦合。参考图5中的带箭头的直线，带箭头的直线表示的第一天线单元21发射出的信号在穿过第一介质层12
以及去耦层11时的传播状态。第一天线单元21发射的信号在经过去耦层11时，一部分信号穿过去耦层11后继续沿发射方向传播，另一部分信号经去耦层11反射形成第二电磁信号100，第二电磁信号100传播到第二天线单元22。
69.第二电磁信号100会与第二天线单元22产生间接耦合，第一天线单元21和第二天线单元22之间的间接耦合信号与直接耦合信号200如果能满足等幅反相条件，即可相互抵消，进而实现去耦。在第一天线单元21和第二天线单元22的相对位置固定时，直接耦合信号200的幅度和相位即可获得。因此为了实现理想的去耦效果，需要合理的调控间接耦合的幅度和相位。间接耦合信号的幅度主要由金属单元112的形状决定，间接耦合的相位主要由金属单元112与天线阵列的阵面的高度差决定。示例性的，在本技术实施例中，金属单元112采用与第一天线单元21的极化振子匹配的条状金属条，以使得反射形成的第二电磁信号100的幅度与直接耦合信号200的幅度近似相同或相同。在设置金属单元112时，金属单元112与天线阵列的阵面的高度h1介于λ/10～λ/4之间，以保证间接耦合信号的相位与直接耦合信号200的相位相反，从而使得间接耦合信号和直接耦合信号200在传递到相邻的天线单元时，可以等幅反相，从而使得两个信号可以相互抵消，实现去耦的效果。
70.金属单元112与天线单元阵面之间的高度差可为高度差可进一步缩小为λ/10～λ/8。如金属单元112与天线阵列的阵面的高度差为λ/10、λ/9、λ/8等不同的高度差。
71.去耦层11产生的间接耦合为金属反射，有效的去耦频带较窄，为此通过第一介质层12对第二电磁信号100进行色散。第二电磁信号100在穿过第一介质层12的不同材料层时，由于不同材料层的介电常数不同，因此第二电磁信号100穿过不同的材料层时可形成不同频率的信号(色散)，从而使得传递到第二天线单元22的信号具有较宽频段，可在较宽频段内实现去耦。
72.另外，第一介质层12也可反射第一天线单元21发射出的部分信号，形成第三电磁信号300。在第一天线单元21发射的信号经过第一介质层12不同的材料层反射时，由于不同材料的介电常数不同，在反射时也会形成色散，使得反射后的第三电磁信号300也具有较宽的频段，因此在与第二天线单元22之间的直接耦合信号200去耦时，可在较宽频段内实现去耦。
73.参考图6，图6示出了另一种信号去耦装置10的应用场景示意图。在天线阵列中的天线单元密集排列时，信号去耦装置10形成的第二电磁信号100，会经第二天线单元22以及去耦层11反射后形成第六电磁信号400，第六电磁信号400在传输到第三天线单元23时会造成第一天线单元21与第三天线单元23之间的耦合。为解决不相邻的天线单元(第一天线单元21和第三天线单元23)之间的耦合情况，图6所示的信号去耦装置10在图2所示的信号去耦装置10的基础上增加了第二介质层13。第二介质层13与去耦层11间隔设置，两者之间间隔有一定的距离。第二介质层13位于去耦层11背离天线单元的一侧。
74.一并参考图7，第二介质层13包括至少两种用于传输反射信号的材料层，且不同的材料层之间介电常数不同。示例性的，第二介质层13为纯介质结构，第二介质层13包含有第三材料层131和第四材料层132，第三材料层131的介电常数大于第四材料层132的介电常数。如第四材料层132采用介电常数为4.4的fr-4介质板；第三材料层131采用介电常数为9.2的rogers tmm 10介质板。第二介质层13采用上述两种材料层镶嵌混合，得到具有新介电常数的混合材料层。
75.第三材料层131和第四材料层132的个数为多个，第三材料层131和第四材料层132交替排列拼接形成第二介质层13。第三材料层131和第四材料层132同层设置，从而形成一个二维周期性排列。其中，第三材料层131与金属单元112一一对应层叠，且每个第三材料层131位于对应的金属单元112的下方。第四材料层132与金属单元112之间的缝隙一一对应，并与该缝隙层叠。应理解，除采用上述排布方式外，还可采用将第四材料层132与金属单元112一一对应层叠，第三材料层131与金属单元112之间的缝隙一一对应层叠。
76.应理解，无论采用第三材料层131与金属单元112层叠，还是采用第四材料层132与金属单元112层叠。与金属单元112层叠的材料层的尺寸可以大于、小于或者等于对应的金属单元112的尺寸。
77.作为一个可选的方案，第二介质层13还包括设置在第三材料层131和第四材料层132中至少一种材料层的第二缝隙133；第二缝隙133内填充有第二空气层；第二空气层的介电常数小于第三材料层131的介电常数和第四材料层132的介电常数。示例性的，在第三材料层131和第四材料层132进行周期性开槽，以形成x型的第二缝隙133，该第二缝隙133内填充有空气，从而使得第二介质层13可混合空气的介电常数。
78.应理解，第二缝隙133除可采用上述的x形缝隙，还可采用其他形状，如第二缝隙133还可采用圆形、一字型或者其他类型的形状。
79.对于第二缝隙133的设置位置在本技术实施例中也不做具体限定，既可以选择仅在第三材料层131设置第二缝隙133，也可仅在第四材料层132设置第二缝隙133，或者采用上述示例的同时在第三材料层131和第四材料层132设置缝隙。另外，第二缝隙133设置在第三材料层131时，可设置在全部的第三材料层131，也可设置在部分的第三材料层131；同理，第二缝隙133设置在第四材料层132时，也可仅在部分第四材料层132或者全部材料层设置。从而可通过调整第二缝隙133的大小和形状来改变占空比，进而优化出具有良好去耦效果的等效介质板。
80.另外，第二介质层13除上述示例的采用两种或者三种不同介电常数的材料层外，还可采用四种、五种等不同介电常数的材料层，从而可将反射信号色散出更多频段的信号。
81.结合图5和图6，金属单元112透射第一电磁信号600。第二介质层13与去耦表面上的金属单元112形成振荡腔。电磁波传播到不同介质表面时，由于不同材料的介电常数不同，导致不同的材料的介电常数与空气的介电常数之间的差不同，进而造成不同介质与空气的波阻抗不连续性不同，从而可以形成色散的反射信号。上述的波阻抗不连续性指代的是空气和第三材料层131产生一个波阻抗不连续性；空气跟第四材料层132也会产生一个波阻抗不连续性。这两种波阻抗不连续性是不同的。反射的部分第一电磁信号600也具有较宽的频段。反射的部分电磁波在去耦层11与第二介质层13构成的半开放谐振腔中振荡，转化为横向传播的导行波500，从而避免传播到相邻的天线单元(第二天线单元22)。另外，在传播到第二天线单元22和第三天线单元23对应的金属单元112之间的缝隙时，部分导行波500可透过金属单元112之间的缝隙传播到第三天线单元23。为使得导行波500传播到第三天线单元23的信号与第六电磁信号400之间可相互抵消，第二介质层13与天线阵列的阵面之间的垂直距离h3小于等于λ/2。使得导行波500传播到第三天线单元23时的相位与第六电磁信号400的相位相反，且幅度近似相等或完全相等。从而可通过导行波500与第六电磁信号400之间相互抵消，实现第一天线单元21与第三天线之间的去耦。示例性的，第二介质层13与天
线阵列的阵面之间的垂直距离为λ/2、λ/3、λ2/5等不同的距离。
82.结合图6中所示的示意图可看出，信号去耦装置10除了通过设置的去耦层11以及第一介质层12来实现相邻的两个天线单元(第一天线单元21和第二天线单元22)之间的去耦效果，还可通过设置的去耦层11与第二介质层13配合以形成半开放式谐振腔中振荡，将转化为横向传播的导行波500，通过导行波500将不相邻的两个天线单元(第一天线单元21和第三天线单元23)进行去耦，提高了天线阵列的性能。
83.继续参考图6，第二介质层13与去耦层11间隔设置时，两者之间间隔有一段距离，为方便第二介质层13固定，在去耦层11与第二介质层13之间设置有填充层(图中未示出)，以形成实体结构将第二介质层13固定。示例性的，填充层可为泡沫材料制备而成，泡沫材料对天线性能的影响可以忽略不计，在本技术实施例中仅用于良好的支撑作用，便于信号去耦装置10的介质材料层封装一体化。
84.参考图8，图8示出了另一种信号去耦装置的应用场景示意图。图8所示的信号去耦装置相对于图6所述的信号去耦装置，增加了第三介质层14。第三介质层14与去耦层11间隔设置，且第三介质层14位于去耦层11背离天线单元的一侧。第三介质层14与第二介质层13层叠设置，并固定在第二介质层14背离去耦层11的一侧。
85.参考图9，图9示出了第三介质层的结构示意图。第三介质层14包括至少两种用于传输反射信号的材料层；至少两种材料层的介电常数不同；且至少两种材料层的排布方向垂直于第二介质层13与去耦层11的层叠方向。
86.第三介质层14包括第五材料层141和第六材料层142；第五材料层141的介电常数大于第六材料层142的介电常数；其中，第五材料层141和第六材料层142周期性排布，且第五材料层141与金属单元112一一对应层叠。如第五材料层141采用介电常数为4.4的fr-4介质板。
87.作为一个可选的方案，第三介质层14还包括设置在第五材料层141的第三缝隙；第三缝隙内填充有第三空气层；第三空气层作为第六材料层142，且第三空气层的介电常数小于第五材料层141的介电常数和第四材料层的介电常数。示例性的，在第五材料层141进行周期性开槽，以形成x型的第三缝隙，该第三缝隙内填充有空气，从而使得第三介质层14可混合空气的介电常数。
88.应理解，第三缝隙除可采用上述的x形缝隙，还可采用其他形状，如第三缝隙还可采用圆形、一字型或者其他类型的形状。
89.另外，第三介质层14除上述示例的采用两种或者三种不同介电常数的材料层外，还可采用四种、五种等不同介电常数的材料层，从而可将反射信号色散出更多频段的信号。
90.第三介质层14的作用与第二介质层13的作用类似，在采用第三介质层14与第二介质层12层叠时，第一电磁信号600可经第二介质层13和第三介质层14反射，从而形成不同的反射波以改善不相邻的两个天线单元之间的耦合。在设置第三介质层14时，第三介质层14与天线阵列的阵面的垂直距离为h4，示例性的，h4小于等于λ/2。
91.为方便理解本技术实施例提供的信号去耦装置的去耦效果，下面结合附图对其说明。参考图10和图11，图10和图11示出了去耦前后的隔离度比较，结合图10和图11所示的仿真结果可看出，增加了信号去耦装置后，天线单元之间的耦合降低了10db以上，隔离度基本优于25db。参考图12、图13、图14、图15，图12、图13、图14、图15给出了天线阵列在不同频段
的去耦前后的信道容量，由图12～图15可看出，在6ghz-8ghz整个频段内，去耦后的信道容量均有所提升，与理论峰值更接近。通过上述仿真结果可看出，天线阵列加载信号去耦装置之后，隔离度提高，信道容量也大幅提高，从而提高了天线阵列的性能。
92.本技术实施例还提供了一种天线装置，该天线装置包括多个阵列排列的天线单元，以及上述任一项的信号去耦装置。具体可参考图5、图6、图8等具体的描述，在此不再赘述。在设置信号去耦装置时，满足去耦表面与天线单元的辐射表面之间的垂直距离介于λ/10～λ/4；λ为天线单元的工作频段对应的波长。第三介质层背离第二介质层的表面与天线单元的辐射表面之间的垂直距离小于λ/2，以使得第三介质层和第二介质层反射的信号的幅度和相位满足去耦要求。具体可参考图5、图6、图8中的相关描述，在此不再赘述。
93.参考图16，本技术实施例还提供了一种信号去耦装置，用于对天线阵列的天线单元进行去耦，为方便描述以第一天线单元1001和第二天线单元1002为例进行说明。其中，第一天线单元1001和第二天线单元1002之间可直接耦合(route1)，或者通过地板4000的反射信号耦合(route2)。为了降低相邻天下单元之间的耦合。本技术实施例提供了一个信号去耦装置对相邻的两个天线单元进行解耦。
94.信号去耦装置包括多层人造介质层；其中，多个人造介质层的层叠方向垂直于天线阵列的阵面；相邻的两层人造介质层之间间隔有间隙，其中，每个人造介质层用于透射第四电磁信号，反射第五点电磁信号，其中，第四电磁信号为天线单元发射的部分信号，第五电磁信号为天线单元发射的另一部分信号，并形成用于抵消相邻天线单元之间耦合信号的反射信号。示例性的，信号去耦装置包括层叠设置的第一人造介质层2000和第二人造介质层3000，第一人造介质层2000和第二人造介质层3000之间间隔有间隙；第二人造介质层3000位于第一人造介质层2000背离天线单元的一侧。两个人造介质层均用于反射第一天线单元1001发射的信号，以用于抵消第一天线单元1001与第二天线单元1002之间的耦合信号。
95.一并参考图17，图17示出了第一人造介质层2000的结构示意图。人造介质层(artificial dielectric layers，简称adl)是一种由相同介电常数的介质板上周期性排列金属层组成的金属夹杂材料层。第一人造介质层2000包含介质板以及周期性排列在介质板上的金属层。示例性的，金属层可为棍状或菱形金属贴片。上述介质板与金属层的介电常数不同，通过调整金属层的周期性排列规律以及金属贴片的尺寸，使得第一人造介质层2000可以具有不同的介电常数，进而使得第一人造介质层2000可在极宽的频率范围内，获得比主基板(单纯的介质板)大的多的有效介电常数。
96.通过优化第一人造介质层2000的介电常数、第一人造介质层2000距离天线的纵向高度等，可获得有效的抵消；其中第一人造介质层2000的介电常数影响对信号的反射系数，从而改变反射信号的幅度；第一人造介质层2000距离天线单元的纵向高度影响反射信号的相位(同时需要考虑二次反射波的相位不与出射波的相位相反)，从而可通过调整第一人造介质层2000的介电常数以及与第一天线单元1001和第二天线单元1002的纵向距离，可使得第一人造介质层2000反射的信号可以抵消第一天线单元1001和第二天线单元1002之间耦合的信号。
97.第二人造介质层3000与第一人造介质层2000的结构类似，在此不再赘述。
98.在采用两个人造介质层(第一人造介质层2000)时，第一人造介质层透过天线单元
发射的部分信号，并反射天线单元发射的另一部分信号，并形成用于抵消相邻天线单元之间第一耦合信号的反射信号(route3)；第二人造介质层透过部分穿过第一人造介质层的部分信号，反射另一部分穿过第一人造介质层的信号，并形成用于抵消相邻天线单元的地层之间第二耦合信号的反射信号(route4)。
99.通过上述描述，可看出本技术实施例提供的信号去耦装置利用两层人造介质层(adl)，在天线之间分别引入一条额外的电波反射路径(route 3和route 4)。当引入的反射信号与天线单元之间的耦合信号(route1和route12携带的信号)相位相反、幅度基本相同时，就会产生抵消，从而达到更佳的去耦效果。
100.在一个具体的可实施方案中，最靠近天线单元的人造介质层(第一人造介质层2000)设置有镂空结构。镂空人造介质层的某些部分，从而可避免在对应部分(镂空位置)引入“有害的”额外反射信号。镂空手段与第二人造介质层2000搭配使用，可以趋利避害，避免引入“有害的”额外反射信号(幅度、相位不满足去耦要求)，并重新引入“有利的”额外反射信号(幅度相位满足去耦要求)。其中，具体的镂空结构的形状以及设置位置可根据仿真得到，在此不再赘述。
101.应理解，本技术实施例提供的信号去耦装置不仅限于上述两层人造介质层，还可采用多层人造介质层。以利用多层人造介质层，在天线单元之间引入多条额外的电波反射路径(如route n+1～2n)。当引入的反射信号与天线单元之间的耦合信号(如route1～n携带的信号)相位相反、幅度基本相同时，就会产生抵消，从而达到更佳的去耦效果。
102.通过上述示例的本技术信号去耦装置的实施例可看出，本发明实施例针对天线阵列中电磁环境复杂且耦合信号种类繁多、情况各异的特点，设计了一种由多层人造介质层组成的去耦结构，实现了对天线阵列宽带双极化去耦。在0.37λ间距下实现了25db的隔离度。这种去耦结构与现有的其他天线去耦技术相比，具有如下特点：去耦效果明显，由于引入了人造介质层的反射信号，可以比较直接的抵消特定的一类耦合。另外，人造介质层易于布局直接放置于天线的上方，甚至可以直接跟天线罩共形设计或者利用天线罩本身实现。
103.本技术实施例还提供了一种通信设备，该通信设备包括基站，以及设置在基站上的信号去耦装置。通过设置的信号去耦装置降低天线单元之间的耦合效果，提高天线单元的性能。
104.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。