本发明涉及多天线结构，尤其是涉及一种带有去耦功能的高自由度多天线结构。
背景技术：
1、在频谱资源日益紧张和通信需求不断增长的背景下，传统的固定结构天线，虽然在特定应用中表现良好，但它们在适应多变通信环境和频率多样性方面存在明显局限，这对天线的自由度提出要求。同时随着移动通信标准的增加和技术演进，mimo多天线系统在通信领域的重要性逐渐凸显，然而，mimo多天线系统的应用面临着其内天线之间近距离排布所带来的耦合问题。当前，mimo多天线系统需要满足2g/3g/4g、5g、wi-fi、蓝牙等不同应用频段的需求。因此mimo多天线系统需要在具备高自由度的同时，还需要具备良好的去耦结构来减小其内天线之间在多个频段上的耦合影响。
2、在文献“fatima amin,rashid saleem,tayyab shabbir,et.al.a compact quad-element uwb-mimo antenna system with parasitic decoupling mechanism[j].applied sciences,2019,9(11):2371.”中介绍了一种mimo多天线系统，通过多个天线结构和多个去耦结构构成，其中每个天线结构均为半椭圆形四元素超宽带多输入多输出结构，每个去耦结构均采用水平寄生去耦条和哑铃状短截线结构实现。该mimo多天线系统中，天线结构是固定的，当需要增加工作频段或者改变工作频段时，不能在该天线结构上进行重构，只能重新设计该天线结构，并且其去耦结构也是固定不可变的，一旦天线结构发生改变，其去偶结构也失效，需要重新设计。由此，上述mimo多天线系统，设计与优化的自由度很低，不能实现灵活扩展。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种设计与优化的自由度较高，能够实现灵活扩展的带有去耦功能的高自由度多天线结构。
2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种带有去耦功能的高自由度多天线结构，包括矩形金属贴片阵列，所述的矩形金属贴片阵列由m*n个尺寸相同的矩形金属贴片按照m行n列均匀间隔分布形成，其中*表示乘运算符号，m和n均为整数，且m>5，n>4，每一行每相邻两个矩形金属贴片以及每一列每相邻两个矩形金属贴片均通过一个开关连接，在初始状态，所有的开关均处于断开状态，将高自由度多天线结构包括的天线数量记为n，n为大于等于2的整数，从矩形金属贴片阵列选择n列矩形金属贴片作为n个天线搭建列，从每个天线搭建列中选择所需数量的矩形金属贴片并将选择的所需数量的矩形金属贴片中任意相邻两个矩形金属贴片之间的开关的闭合来搭建一个天线，从而形成n个天线，在形成n个天线后，从所述的矩形金属贴片阵列中除n个天线搭建列以外的其他列矩形金属贴片中搭建去耦结构，该去偶结构使任意两个天线在每个工作频点处的互导纳满足设计要求。
3、所述的一种带有去耦功能的高自由度多天线结构，还包括介质基板、第一金属地、第二金属地和多个金属化通孔，所述的介质基板为长方体结构，将所述的介质基板的长度方向作为前后方向，宽度方向作为左右方向，高度方向作为上下方向；所述的第一金属地为矩形结构，所述的第一金属地的长度方向沿左右方向，宽度方向沿前后方向，所述的第一金属地附着在所述的介质基板的上表面，所述的第一金属地的前端与所述的介质基板的前端面齐平，所述的第一金属地的左端与所述的介质基板的左端面齐平，所述的第一金属地的右端与所述的介质基板的右端面齐平，所述的第一金属地的宽度小于所述的介质基板的长度，所述的第二金属地为矩形结构，所述的第二金属地的长度方向沿左右方向，宽度方向沿前后方向，所述的第二金属地附着在所述的介质基板的下表面，所述的第二金属地的前端与所述的介质基板的前端面齐平，所述的第二金属地的左端与所述的介质基板的左端面齐平，所述的第二金属地的右端与所述的介质基板的右端面齐平，所述的第二金属地的宽度大于所述的第一金属地的宽度；多个金属化通孔从上到下贯穿所述的第一金属地、所述的介质基板和所述的第二金属地，将所述的第一金属地和所述的第二金属地连接，使所述的第一金属地和所述的第二金属地形成为等势体；将使所述的介质基板呈左右对称的平面称为第一对称面，m*n个矩形金属贴片均附着在所述的介质基板的上表面，每个矩形金属贴片的长度方向均沿左右方向，宽度方向均沿前后方向，每一行相邻两个矩形金属贴片之间的间距以及每一列两个矩形金属贴片之间的间距均相等，将该间距记为d，每一行矩形金属贴片的前端位于同一直线，且该直线平行于所述的介质基板的前端面，每一列矩形金属贴片的左端位于同一直线，且该直线平行于所述的介质基板的左端面，将m行矩形金属贴片从后向前依次称为第1行矩形金属贴片至第m行矩形金属贴片，将n列矩形金属贴片从左向右依次称为第1列矩形金属贴片至第n列矩形金属贴片，第1行矩形金属贴片的后端所在直线位于所述的介质基板的后端的前侧，第m行矩形金属贴片的前端所在直线位于所述的第一金属地的后端的后侧，且两者之间的间距为d，第一列矩形金属贴片的左端所在直线位于所述的介质基板的左端面所在平面的右侧；第n列矩形金属贴片的右端所在直线位于所述的介质基板的右端面所在平面的左侧，所述的矩形金属贴片阵列关于所述的第一对称面呈左右对称。
4、每个天线分别通过以下方式搭建得到：先选择所述的矩形金属贴片阵列中某一列矩形金属贴片，从该列矩形金属贴片的第m行矩形金属贴片开始向后选择相应数量的矩形金属贴片，然后将选择的所有矩形金属贴片中，任意相邻两个矩形金属贴片间的开关均闭合，此时一个天线搭建完成，其中，任意两个天线选择不同列的矩形金属贴片，n个天线等间距分布，且相邻两个天线间最少具有3列矩形金属贴片；如果某个天线要工作在单个频点，在第1行矩形金属贴片的前端与第m行矩形金属贴片的后端之间的距离大于其工作频点的2分之1波长时，该天线中，位于最前一行的矩形金属贴片的前端与位于最后一行的矩形金属贴片的后端之间的距离最接近于所要求工作频点的2分之1波长，在第1行矩形金属贴片的前端与第m行矩形金属贴片的后端之间的距离小于等于其工作频点的2分之1波长时，该天线选择整列矩形金属贴片；如果某个天线要工作在多个频点，在第1行矩形金属贴片的前端与第m行矩形金属贴片的后端之间的距离大于其多个工作频点的2分之1波长的平均值时，该天线中，位于最前一行的矩形金属贴片的前端与位于最后一行的矩形金属贴片的后端之间的距离最接近于其多个工作频点的2分之1波长的平均值，在第1行矩形金属贴片的前端与第m行矩形金属贴片的后端之间的距离小于等于其多个工作频点的2分之1波长的平均值时，该天线选择整列矩形金属贴片。
5、将n个天线的工作频点数量记为m，将n个天线按照从左到右的顺序依次称为第1个天线至第n个天线，第j个天线需要搭建包括kj个去耦分支的去耦单元，kj为大于等于m(n-1)的整数，j＝1,2,3，…，n；n个天线的去耦单元构成所述的去偶结构，将所述的去偶结构包括的去耦分支的数量记为s，s为大于等于mn(n-1)的整数；对于第i个天线，i＝2,3，…，n-1，其去耦分支的搭建区域在该天线和第i+1个天线的所有去耦分支中位于最左侧的去耦分支之间，或该天线和第i-1个天线的所有去耦分支中位于最右侧的去耦分支之间；对于第1个天线，如果该天线搭建在第1列矩形金属贴片处，则其去耦分支的搭建区域在该天线与第2个天线的所有去耦分支中位于最左侧的去耦分支之间，如果该天线未搭建在第1列矩形金属贴片处，则其去耦分支的搭建区域在该天线与第2个天线的所有去耦分支中位于最左侧的去耦分支之间，或该天线的左侧；对于第n个天线，如果该天线搭建在第n列矩形金属贴片处，则其去耦分支的搭建区域在该天线和第n-1个天线的所有去耦分支中位于最右侧的去耦分支之间，如果该天线未搭建在第n列矩形金属贴片处，则其去耦分支的搭建区域在该天线和第n-1个天线的所有去耦分支中位于最右侧的去耦分支之间，或该天线的右侧；n个天线中任意一个天线的去耦单元分别通过以下方式搭建得到：将搭建该天线的矩形金属贴片的数量记为a，在该天线的搭建区域内选择没有搭建其它去耦分支的任意一列矩形金属贴片，从该列矩形金属贴片中位于第b行的矩形金属贴片开始向前选择至少3个矩形金属贴片，然后或者将选择的所有矩形金属贴片中，除了第b行矩形金属贴片和第b+1的矩形金属贴片之间的开关不闭合外，其它任意相邻两个矩形金属贴片之间的开关均闭合，一个去耦分支搭建完成，该去耦分支称为寄生体去耦分支，或者将选择的所有矩形金属贴片中，任意相邻两个矩形金属贴片之间的开关均闭合，一个去耦分支搭建完成，该去耦分支称为自去耦分支，其中，如果a为奇数，则或者b＝m-a/2+1/2，或者b＝m-a/2-1/2，或者b＝m-a/2+3/2，如果a为偶数，则或者b＝m-a/2+1，或者b＝m-a/2，或者b＝m-a/2+2；当该天线的所有去耦分支都搭建完成后，按照以下连接方法对该天线的所有去耦分支进行连接：将该天线在所述的矩形金属贴片阵列中所处列号记为g，即该天线在所述的矩形金属贴片阵列的第g列矩形金属贴片处搭建，将该天线位于最左侧的去耦分支在所述的矩形金属贴片阵列中所处列号记为k，即该天线位于最左侧的去耦分支在所述的矩形金属贴片阵列的第k列矩形金属贴片处搭建，将该天线位于最右侧的去耦分支在所述的矩形金属贴片阵列中所处列号记为h，即该天线位于最右侧的去耦分支在所述的矩形金属贴片阵列的第h列矩形金属贴片处搭建，如果该天线的去耦分支分布在其左侧和右侧，则将所述的矩形金属贴片阵列的第b行矩形金属贴片中位于第k列至第h列的h-k+1个矩形金属贴片中，每相邻两个矩形金属贴片之间的开关均闭合，如果该天线的去耦分支仅分布在其左侧，则将所述的矩形金属贴片阵列中第b行矩形金属贴片中位于位于第k列至第g列的g-k+1个矩形金属贴片中，每相邻两个矩形金属贴片之间的开关均闭合，如果天线的去耦分支仅分布在其右侧，则将所述的矩形金属贴片阵列中第b行矩形金属贴片中位于位于第g列至第h列的h-g+1个矩形金属贴片中，每相邻两个矩形金属贴片之间的开关均闭合，此时该天线的所有去偶分支的连接完成；在该天线的所有去偶分支的连接完成后，在该天线的搭建区域中，从位于所述的矩形金属贴片阵列的第m行矩形金属贴片至第m-2行矩形金属贴片中至少选择1个未用于搭建其去耦分支的矩形金属贴片作为该天线的接地端金属贴片，该天线的每个接地端金属贴片处均设置有一个从上到下贯穿该接地端金属贴片、所述的介质基板和所述的第二金属地的金属化通孔，该天线的每个去耦分支中位于最前一行的矩形金属贴片选择能够将其与离其直线距离最近的一个接地端金属贴片相连的某一连接路径，将该连接路径上任意相邻两个矩形金属贴片之间的开关闭合，从而实现该天线的每个去耦分支和所述的第二金属地的连接，其中，当存在多个直线距离最近的接地端金属贴片时，任意选择其中一个接地端金属贴片，连接路径选择使用矩形金属贴片最少的一个连接路径，且该连接路径上的任何一个矩形金属贴片不能出现在该天线的其它去耦分支与接地端金属贴片之间的连接路径上，当存在多个符合条件的使用矩形金属贴片最少的连接路径时，从其中任意选择一条；确定每个接地端金属贴片与其前、后、左、右相邻的矩形金属贴片之间的开关是否闭合，如果某个开关闭合，则在该开关的两端并接一个负载，此时该天线的去耦单元搭建完成；当n个天线的去耦单元均搭建完成后，形成所述的去偶结构，由于每个去耦分支都要通过一条连接路径与一个接地端金属贴片相连，且任意一个去耦分支与接地端金属贴片之间的连接路径中的矩形金属贴片不存在重复，一共有s个去耦分支，每个去耦分支与接地端金属贴片的连接路径都不相同且都包括一个负载，故共有s个负载，s个负载及负载参数选择后能够使任意两个天线在每个工作频点处的互导纳满足设计要求。
6、每个所述的负载从电容和电感中选择其一，当负载为电容时，负载参数为电容值，当负载为电感时，负载参数为电感值，任意两个负载以及负载参数的选择能够相同也能够不同。
7、与现有技术相比，本发明的优点在于通过设置由m*n个尺寸相同的矩形金属贴片按照m行n列均匀间隔分布形成的矩形金属贴片阵列，其中*表示乘运算符号，m和n均为整数，且m>5，n>4，每一行每相邻两个矩形金属贴片以及每一列每相邻两个矩形金属贴片均通过一个开关连接，在初始状态，所有的开关均处于断开状态，将高自由度多天线结构包括的天线数量记为n，n为大于等于2的整数，即高自由度多天线结构需要包括n个天线，此时从矩形金属贴片阵列选择n列矩形金属贴片作为n个天线搭建列，从每个天线搭建列中选择所需数量的矩形金属贴片并将选择的所需数量的矩形金属贴片中任意相邻两个矩形金属贴片之间的开关的闭合来搭建一个天线，从而形成n个天线，在形成n个天线后，从矩形金属贴片阵列中除n个天线搭建列以外的其他列矩形金属贴片中搭建去耦结构，该去偶结构使任意两个天线在每个工作频点处的互导纳满足设计要求，从而实现n个天线的去偶，由此，本发明的设计和优化，均能够通过矩形金属贴片阵列来实现，设计与优化的自由度较高，能够实现灵活扩展。