一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列及设备

本发明涉及移动通信天线领域，尤其涉及一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列及设备。

背景技术：

1、近年来，为了满足不断增长的海量数据传输的需求，毫米波(mm-wave)频谱成为第五代(5g)移动通信系统的一个选择。但是在毫米波段有更严重的空间损耗和阻塞，信噪比也会大大降低。使用多输入多输出(mimo)技术可以利用空间分集提升信干噪比，可以在不消耗额外频谱资源的同时提高传输速率，从而大幅提升通信的信道容量。因此，针对5g通信，毫米波与mimo技术的相互融合也必将成为未来发展的一个趋势，但是当两个或多个天线靠近放置时，不可避免地会发生相互耦合，使天线甚至整个系统的性能下降。因此，降低毫米波天线之间的相互耦合是一项十分重要且有意义的工作。

2、在过去十年中，学者们已经开发了多种去耦合手段，最常见的去耦合技术可以分为以下三类。第一类是通过引入额外的耦合路径抵消原有的耦合，例如中和线、去耦合表面等去耦合技术。第二类去耦合技术是通过去耦合结构阻隔耦合场的传播，通常通过使用超材料、缺陷接地层、谐振器去耦合结构来实现。第三类是利用天线自身特性或工作模式在不引入额外去耦合结构的情况下实现自去耦。

3、目前去耦合技术的研究主要集中在微波波段的贴片天线领域，对现有技术进行分析，具体如下：例如现有的第一技术方案中引入中和线通过额外的耦合路径抵消原有的耦合，该技术方案融合了多种去耦合技术最终实现了-45db的隔离度，但是这种技术的融合适用面太小，也不具有扩展性；第二技术方案中提出通过在地板上蚀刻槽的方式实现良好的隔离度，但是这种方法仅适用于窄带宽的天线，在毫米波宽带天线上并不能覆盖全部的工作带宽，同时会加大天线的后向辐射；第三技术方案中利用开槽互补分裂环谐振器实现了-35db的隔离度，但是受限于加工工艺，在毫米波段加工这种小而复杂的解耦结构并不容易，而且还可能会带来其他的问题。

4、磁电偶极子天线具有宽带宽、增益稳定、易于激励等优点，是毫米波系统非常合适的候选天线。而目前的去耦合技术大多只能实现窄带去耦合，除此之外，尽管部分解耦方法在微波频率下是有效的，但受限于加工工艺的限制，直接将这些电路扩展到毫米波段并不是一个好的方法。到目前为止，还没有关于磁电偶极子天线阵列的去耦合研究，因此研究一款简单的、宽带的毫米波天线解耦技术具有重要意义。

技术实现思路

1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列及设备。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列，包括：

4、第一介质基板，所述第一介质基板的第一表面上设有两条阶梯微带线，第二表面上设有金属接地面；所述第一介质基板上设有两个第一镀金属通孔，所述第一镀金属通孔的一端与所述阶梯微带线连接；

5、两个辐射单元，由两个相同的磁电偶极子天线组成，一个所述磁电偶极子天线由两个矩形金属贴片、三对第二镀金属通孔和一个γ形探头组成，所述γ形探头包括两个第三镀金属通孔和一个第二金属贴片；

6、两个所述辐射单元设置在第二介质基板上，所述第二介质基板的第一表面与所述第一介质基板的第二表面连接，所述矩形金属贴片设置在所述第二介质基板的第二表面上；

7、三个所述第二镀金属通孔的位置在所述矩形金属贴片内，所述第二镀金属通孔的一端与所述矩形金属贴片连接，另一端与所述金属接地面连接；

8、两个所述第三镀金属通孔的位置在所述第二金属贴片内，其中一个第三镀金属通孔作为盲孔，另一个第三镀金属通孔的一端与所述第二金属贴片连接，另一端与所述第一镀金属通孔连接；

9、其中，天线阵列通过所述阶梯微带线馈入γ形探头，以激励天线。

10、进一步地，使用γ形探头以减小天线x方向的整体尺寸。

11、进一步地，使用阶梯微带线的设计优化天线输入匹配和阻抗匹配水平。

12、进一步地，利用磁电偶极子中电偶极子的1-λ和1.5-λ模式实现天线阵列的去耦合。

13、进一步地，所述第一镀金属通孔的一端上设有一圈金属环，所述金属环外设有一圈绝缘环。

14、进一步地，由三对第二镀金属通孔和两个矩形平面金属贴片形成天线辐射单元，天线辐射单元对称地安装在γ形探头两侧。

15、进一步地，天线辐射单元和γ形探头之间的有效电尺寸为中心频率处的一个自由空间波长的长度。

16、进一步地，所述第二镀金属通孔的位置设置在第一边长的附近，所述第一边长为所述矩形金属贴片上最靠近所述γ形探头的边长。

17、进一步地，所述第二介质基板包括两个介质基板层，其中第一个介质基板层的第一表面与所述第一介质基板的第二表面连接，第一个介质基板层的第二表面与第二个介质基板层的第一表面连接，所述矩形金属贴片设置在第二个介质基板层的第二表面上；

18、其中，所述盲孔没有打通第一个介质基板层。

19、进一步地，第一个介质基板层和第二个介质基板层之间通过胶膜粘在一起。

20、进一步地，所述胶膜为rogers 4450f胶膜，第一个介质基板层和第二个介质基板层均采用rogers5880高频板材制成。

21、进一步地，所述阶梯微带线包括串联的第一微带线和第二微带线，其中第一微带线的宽度大于第二微带线的宽度，所述第二微带线的一端与所述第一镀金属通孔的一端连接。

22、本发明所采用的另一技术方案是：

23、一种通信设备，包括如权上所述的一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列。

24、本发明的有益效果是：本发明在不引入额外去耦合电路或去耦合元件的基础上，通过高阶电偶极子模式的特性，获得了良好的去耦合功能，同时阵列结构简单，易于实现和拓展，在毫米波多输入多输出的无线通信系统中具有潜在的应用前景。

技术特征：

1.一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列，其特征在于，所述第一镀金属通孔的一端上设有一圈金属环，所述金属环外设有一圈绝缘环。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列，其特征在于，由三对第二镀金属通孔和两个矩形平面金属贴片形成天线辐射单元，天线辐射单元对称地安装在γ形探头两侧。

4.根据权利要求3所述的一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列，其特征在于，天线辐射单元和γ形探头之间的有效电尺寸为中心频率处的一个自由空间波长的长度。

5.根据权利要求3所述的一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列，其特征在于，所述第二镀金属通孔的位置设置在第一边长的附近，所述第一边长为所述矩形金属贴片上最靠近所述γ形探头的边长。

6.根据权利要求1所述的一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列，其特征在于，所述第二介质基板包括两个介质基板层，其中第一个介质基板层的第一表面与所述第一介质基板的第二表面连接，第一个介质基板层的第二表面与第二个介质基板层的第一表面连接，所述矩形金属贴片设置在第二个介质基板层的第二表面上；

7.根据权利要求6所述的一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列，其特征在于，第一个介质基板层和第二个介质基板层之间通过胶膜粘在一起。

8.根据权利要求7所述的一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列，其特征在于，所述胶膜为rogers 4450f胶膜，第一个介质基板层和第二个介质基板层均采用rogers5880高频板材制成。

9.根据权利要求1所述的一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列，其特征在于，所述阶梯微带线包括串联的第一微带线和第二微带线，其中第一微带线的宽度大于第二微带线的宽度，所述第二微带线的一端与所述第一镀金属通孔的一端连接。

10.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列。

技术总结
本发明公开了一种基于磁电偶极子的自去耦天线阵列及设备，其中天线阵列包括：第一介质基板，所述第一介质基板的第一表面上设有两条阶梯微带线；两个辐射单元，由两个相同的磁电偶极子天线组成，一个所述磁电偶极子天线由两个矩形金属贴片、三对第二镀金属通孔和一个Γ形探头组成，所述Γ形探头包括两个第三镀金属通孔和一个第二金属贴片；天线阵列通过所述阶梯微带线馈入Γ形探头，以激励天线。本发明在不引入额外去耦合电路或去耦合元件的基础上，通过高阶电偶极子模式的特性，获得了良好的去耦合功能，同时阵列结构简单，易于实现和拓展，在毫米波多输入多输出的无线通信系统中具有潜在的应用前景。本发明可广泛应用于移动通信天线领域。

技术研发人员：潘咏梅,胡子梁
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13