一種低耦合度的多天線系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于相控陣天線、MMO天線等多天線系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著相控陣天線和無線MMO通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，緊湊的多單元天線越來越受到科研人員的重視，但是在多單元天線系統(tǒng)中，單元間的耦合是陣列天線應(yīng)用中一個(gè)十分嚴(yán)重的問題。單元間的耦合會(huì)降低天線的輻射效率，減小天線的工作帶寬，產(chǎn)生輻射死角或者使副瓣惡化等問題。因此在先進(jìn)的相控陣系統(tǒng)和MIMO通信系統(tǒng)中，減小相鄰天線單元的耦合，提高天線單元的隔離度變得越來越重要。
[0003]為此，研宄人員進(jìn)行了大量的研宄并提出了幾種有效的方法。FanYang(YangF，Rahmat—Samii Y.Microstrip antennas integrated with electromagneticband-gap(EBG) structures:A low mutual coupling design for array applicat1ns.1EEE Transact1ns on Antennas and Propagat1n 2003, 51(10):2936-2946.)首次利用mushroom結(jié)構(gòu)的電磁帶隙結(jié)構(gòu)降低了天線單元間的親合，利用了電磁帶隙結(jié)構(gòu)能夠抑制表面波的傳輸?shù)奶匦?，但是該結(jié)構(gòu)中含有金屬過孔，會(huì)引起電損耗，同時(shí)會(huì)增加制造難度。Zhu (Zhu, F.-G.；Xu, J.-D.；Xu, Q., ^Reduct1n of mutual coupling betweenclosely-packed antenna elements using defected ground structure,"ElectronicsLetters, vol.45, n0.12, pp.601, 602, June 2009)等人提出采用啞鈴狀結(jié)構(gòu)的缺陷地結(jié)構(gòu)降低了倒F天線單元間的互偶，使得天線單元之間的隔離度超過了-40dB，實(shí)現(xiàn)了較高的隔離度，但是采用這種結(jié)構(gòu)改變了天線本身H面的輻射特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)減小陣列天線單元之間的耦合問題，提出一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，應(yīng)用一種近零折射率超材料結(jié)構(gòu)降低了陣列天線單元間互偶的問題，該多天線系統(tǒng)體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，該多天線系統(tǒng)的天線單元之間的耦合度低。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明的一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，該多天線系統(tǒng)包括兩個(gè)以上的天線單元，相鄰天線單元之間有近零折射率超材料，且相鄰天線單元與近零折射率超材料共面。
[0007]所述的近零折射率超材料的折射率的實(shí)部的絕對(duì)值小于0.5，該多天線系統(tǒng)的天線單元之間的耦合度可以大幅度降低。
[0008]有益效果
[0009]本發(fā)明解決了陣列天線單元之間耦合的問題，通過加載近零折射率超材料，在不影響天線輻射特性的基礎(chǔ)上，降低了天線單元之間的耦合，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于與陣列天線大規(guī)模集成。
【附圖說明】
[0010]圖1是實(shí)施例中多天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明的近零折射率超材料結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明的近零折射率超材料的折射率；
[0013]圖4是本發(fā)明的微帶天線加載近零折射率超材料前后反射系數(shù)比較；
[0014]圖5是本發(fā)明的微帶天線加載近零折射率超材料前后耦合的比較；
[0015]圖6(a)是本發(fā)明的微帶天線加載近零折射率超材料前后5.1GHz頻率時(shí)E面方向圖的比較。
[0016]圖6(b)是本發(fā)明的微帶天線加載近零折射率超材料前后5.1GHz頻率時(shí)H面方向圖的比較。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0018]實(shí)施例
[0019]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明包括微帶天線和近零折射率超材料。
[0020]如圖1所示，一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，該多天線系統(tǒng)包括兩個(gè)天線單元，兩個(gè)天線單元之間有近零折射率超材料，且相鄰天線單元與近零折射率超材料共面。
[0021]所述的兩個(gè)天線單元相同，均為矩形微帶天線；多天線系統(tǒng)由兩個(gè)矩形微帶天線和八排兩列近零折射率超材料組成。矩形微帶天線印刷在FR4介質(zhì)板上，厚度為1.6mm，兩個(gè)矩形微帶天線單元的中心間距為30mm。
[0022]近零折射率超材料印刷在FR4介質(zhì)板上且與兩個(gè)矩形微帶天線單元共面；
[0023]如圖1所示，矩形微帶天線工作在5.1GHz，介質(zhì)基板材料為FR4，介電常數(shù)為4.4，厚度為1.6mm，微帶天線尺寸為長(zhǎng)度L = 13.3mm，寬度W = 18.3mm，四分之一阻抗匹配線長(zhǎng)度L1= 8mm，阻抗匹配線寬度W1= Imm, 50歐姆微帶饋電線長(zhǎng)度L 2= 8mm，微帶饋電線寬度W2= 3.1mm，兩個(gè)微帶天線中心間距為30mm，中間放置八排兩列零折射率超材料。
[0024]如圖2所示，近零折射率超材料采用開口諧振環(huán)金屬片，橫向周期ax々5mm，縱向周期ay為3.5mm，金屬線橫向長(zhǎng)度Lm= 4.2mm，縱向長(zhǎng)度Wm= 3mm，開口處線長(zhǎng)Lg= 3.2mm，開口距離g = 0.3mm,金屬線寬Wg= 0.4mm。
[0025]對(duì)所使用的近零折射率超材料，在4-6GHz范圍內(nèi)進(jìn)行折射率參數(shù)提取，其結(jié)果如圖3所示，由圖3可知，在4.8-5.3GHz范圍內(nèi)折射率的實(shí)部的提取值為0.20-0.46之間，小于0.5，可稱作近零折射率。
[0026]如圖4所示，矩形微帶天線加載近零折射率超材料后的反射系數(shù)(S11)沒有發(fā)生太大變化，天線中心工作頻率仍為5.1GHz,工作帶寬保持在5-5.2GHz，加載近零折射率超材料后，最小反射系數(shù)由-20.9dB降低到了 -34.9dB，天線的匹配性能進(jìn)一步改善。
[0027]矩形微帶天線加載近零折射率超材料前后的耦合系數(shù)(S12)的比較如圖5所示，加載零折射率超材料后，在5-5.2GHz整個(gè)工作頻帶內(nèi)天線單元間的親合減小范圍為1.6-11.7dB，其中在5.1GHz時(shí)，天線單元間的耦合降低了 11.7dB。
[0028]圖6(a)是本發(fā)明的微帶天線加載近零折射率超材料前后5.1GHz頻率時(shí)E面方向圖的比較，圖6(b)是本發(fā)明的微帶天線加載近零折射率超材料前后5.1GHz頻率時(shí)H面方向圖的比較，加載近零折射率超材料后，方向圖幾乎不變，說明加載該近零折射率超材料不影響天線的輻射特性。
[0029]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限定，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或修飾為等同變化的等效實(shí)例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，其特征在于:該多天線系統(tǒng)包括兩個(gè)以上的天線單元，相鄰天線單元之間有近零折射率超材料，且相鄰天線單元與近零折射率超材料共面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，其特征在于:近零折射率超材料的折射率的實(shí)部的絕對(duì)值小于0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，其特征在于:多天線系統(tǒng)由兩個(gè)矩形微帶天線和八排兩列近零折射率超材料組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，其特征在于:矩形微帶天線印刷在FR4介質(zhì)基板上，厚度為1.6mm，兩個(gè)矩形微帶天線單元的中心間距為30mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，其特征在于:近零折射率超材料印刷在FR4介質(zhì)基板上且與兩個(gè)矩形微帶天線單元共面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，其特征在于:介質(zhì)基板材料為FR4，介電常數(shù)為4.4，厚度為1.6mm，矩形微帶天線尺寸為長(zhǎng)度L = 13.3mm，寬度W =18.3mm，四分之一阻抗匹配線長(zhǎng)度L1= 8mm，阻抗匹配線寬度W1= Imm, 50歐姆微帶饋電線長(zhǎng)度L2= 8mm，微帶饋電線寬度W2= 3.1mm，兩個(gè)微帶天線中心間距為30mmo
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，其特征在于:近零折射率超材料采用開口諧振環(huán)金屬片，橫向周期axS 5mm，縱向周期a y為3.5mm，金屬線橫向長(zhǎng)度Lm= 4.2mm，縱向長(zhǎng)度Wm= 3mm，開口處線長(zhǎng)L g= 3.2mm，開口距離g = 0.3mm，金屬線寬 Wg= 0.4mm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低耦合度的多天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于相控陣天線、MIMO天線等多天線系統(tǒng)。該多天線系統(tǒng)包括兩個(gè)以上的天線單元，相鄰天線單元之間有近零折射率超材料，且相鄰天線單元與近零折射率超材料共面。所述的近零折射率超材料的折射率的實(shí)部的絕對(duì)值小于0.5，該多天線系統(tǒng)的天線單元之間的耦合度可以大幅度降低。本發(fā)明解決了陣列天線單元之間耦合的問題，通過加載近零折射率超材料，在不影響天線輻射特性的基礎(chǔ)上，降低了天線單元之間的耦合，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于與陣列天線大規(guī)模集成。
【IPC分類】H01Q1-52, H01Q21-00
【公開號(hào)】CN104638366
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510030716
【發(fā)明人】司黎明, 張慶樂, 胡偉東, 呂昕, 金宇婷, 馮佳琦
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月21日