CN112768920A - 一种基于非对称共面去耦结构的毫米波天线*** - Google Patents

Abstract

本发明适用于毫米波天线技术领域。本发明公开一种基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，包括设于介质板的第一微带天线、第二微带天线和分别两天线连接的同轴馈线，在第一微带天线和第二微带天线两侧设有非对称共面去耦结构。工作时，天线间的直接耦合场在第二微带天线感应电流与第一微带天线的激励电流方向相反。非对称共面去耦结构受第一微带天线的场激励并工作于谐振模式，其电流与第一微带天线的激励电流流向相反，由非对称共面去耦结构引入的间接耦合场在第二微带天线上的感应电流应与第一微带天线上的电流同向，与直接耦合场在第二感应电流相抵消，利用场对消方法实现互帮抑制，滤除天线间耦合场引起的地电流耦合，达到抑制互耦的目的。

Description

一种基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***

技术领域

本发明涉及一种毫米波天线***，尤其是基于非对称共面去耦结构适用于小型化终端设备进行数据通信的高隔离度毫米波多天线***。

背景技术

移动通信是当今发展最为快速的领域之一，移动通信经历了几代变革，从移动电话、互联网中给人们提供了前所未有的高效率和便利性，尤其在移动通信领域里，电磁波的出现实现了有线通信到无线通信的飞跃发展，而且当前多媒体通信实现了单一的语音数据到集成图像、数据、音频等综合业务性数据传输。近年来，随着越来越多的终端用户和无线数据通信服务，通信***向无线化、高速化、多样化的需求提供更宽的频段带宽、更高速率数据通信服务，使得无线通信***在人们生活中起到越来越重要的角色。

4G和5G通信时代，智能终端成为人们上网的主要工具，这就要求智能终端能够实现高可靠性和高速率的数据传输。MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)技术是解决这一问题的关键技术，并且在4G通信的基站端和移动终端中得到了广泛的应用。MIMO***的特点是在发射机或者接收机中拥有多个天线，能够在不增加发射功率和***频谱的前提下，利用无线信道的多路径属性提高传输质量和***容量。为了使MIMO***具有较好的性能，要求天线单元之间必须是不相关的(耦合较低)。然而，便携式移动终端发展趋势越来越小型化，结构也越来越紧凑，能够预留给天线的空间非常有限，使得天线之间的空间距离不可能大于或者等于一个波长，这就造成天线间的相互耦合会给多天线***性能带来许多负面的影响，如辐射方向图失真、辐射性能变差，输入阻抗和辐射阻抗变化，天线辐射效率降低等。因而便携式移动终端中集成多个具有低耦合的宽带天线时如何减弱天线间的互耦效应、尤其是降低有限空间中多个天线之间的耦合，提高天线间的隔离度是一个比较棘手的问题。

同时，5G移动终端都具备4G、5G通信的功能，而每一代通信标准使用的频率是不一样的，这就要求在同一个移动终端中布置多部天线或者布置一部能够工作在多个频点的天线。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，该毫米波天线系可以有效减少天线间的耦合效应，提出多天线***性能。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***,该基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，包括设于天线介质板的第一微带天线、与第一微带天线间隔设置的第二微带天线和分别与第一微带天线和第二微带天线连接的同轴馈线，在第一微带天线和第二微带天线两侧设有非对称共面去耦结构。

进一步地说，所述第一微带天线和第二微带天线分别为矩形微带贴片天线。

进一步地说，所述非对称共面去耦结构包括与非对称地分布于第一微带天线和第二微带天线两侧的金属条带，两个金属条带通过金属过孔连接，且两个金属条带分别与第一微带天线和第二微带天线共面。

进一步地说，两个金属条带为非等尺寸的金属条带组成，每个金属条带长度为半个等效介质中的波长。

进一步地说，当天线接收信号波长为60GHz时，所述第一微带天线和第二微带天线之间间隔的间隙为0.12mm。

进一步地说，所述天线介质板所采用的材料为Rogers RT 5880，其相对介电常数为2.2，厚度为0.127mm。

进一步地说，所述非对称共面去耦结构中的同一个平面中所有金属条带的尺寸为非等同尺寸。

进一步地说，所述金属条带包括等长等宽。

进一步地说，所述金属条带的层数包括上下表层或三层及以上。

本发明基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，包括设于天线介质板的第一微带天线、与第一微带天线间隔设置的第二微带天线和分别与第一微带天线和第二微带天线连接的同轴馈线，在第一微带天线和第二微带天线两侧设有非对称共面去耦结构。工作时，天线间的直接耦合场在第二微带天线上的感应电流与第一微带天线的激励电流方向相反。当加入非对称共面去耦结构时，非对称共面去耦结构受第一的场激励并工作于谐振模式，其电流与第一的激励电流流向相反，由非对称共面去耦结构引入的间接耦合场在第二微带天线上的感应电流应与第一微带天线上的电流同向，从而能够与直接耦合场在第二微带天线上的感应电流相抵消，滤除天线间耦合场引起的地电流耦合，利用场对消方法实现互帮抑制，达到抑制互耦的目的。较之其他无源去耦结构，非对称共面去耦结构具有较低的福射能力，其在保持去耦效能的同时并不恶化天线的福射性能该结构可用于抑制紧密摆放的微带天线间的互耦，并且能够解决无源去耦结构对天线福射场的影响问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，描述中的附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***实施例结构示意图。

图2是非对称共面去耦结构示意图。

图3是基于非对称共面去耦结构的毫米波天线隔离度参数图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明的权利要求做进一步的详细说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提出所获得的所有其他实施例，也都属于本发明保护的范围。

需要理解的是，在本发明实施例中描述，所有方向性指示的术语，如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系基于附图所示的方位、位置关系或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是明示或暗示所指的装置、元件或部件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造，不应理解为对本发明的限制。仅用于解释在附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，当该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也可能随之改变。

此外，本发明中序数词，如“第一”、“第二”等描述仅用于区分目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或隐含指示所指示的技术特征的数量。由此限定“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含和至少一个该技术特征。在本发明描述中，“多个”的含义是至少两个，即两个或两个以上，除非另有明确体的限定外；“至少一个”的含义是一个或一个以及上。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，既可以是部件之间的位置关系相对固定，也可以是部件之间存在物理上固定连接，既可以是可拆卸连接，或成一体结构；既可以是机械连接，也可以是电信号连接；既可以是直接相连，也可以通过中间媒介或部件间接相连；既可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系，除非说明书另有明确的限定，可作其他理解时不能实现相应的功能或效果外，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明可能涉及的控制器、控制电路是本领域技术人员常规的控制技术或单元，如控制器的控制电路可以由本领域普通的技术人员采用现有，如简单编程即可实现。电源也采用所述属本领域现有技术，并且本发明主要发明技术点在于对机械装置改进，所以本发明不再详细说明具体的电路控制关系和电路连接。

如图1和图2所示，本发明提供一种基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***实施例。

该基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，包括设于天线介质板的第一微带天线1、与第一微带天线1间隔设置的第二微带天线2和分别与第一微带天线和第二矩天线连接的同轴馈线5，在第一微带天线和第二微带天线两侧设有非对称共面去耦结构。

具体地说，所述第一微带天线和第二微带天线分别采用矩形微带贴片天线。所述非对称共面去耦结构包括与非对称地分布于第一微带天线1和第二微带天线2两侧的金属条带，即第一金属条带4和第二金属条带5，两个金属条带通过金属过孔3连接，且第一金属条带4和第二金属条带5分别与第一微带天线1和第二微带天线2共面,即第一金属条带4一面至少有部分与第一微带天线1和第二微带天线2相邻的一个侧面共面，第二金属条带5一面至少有部分与第一微带天线1和第二微带天线2相邻的另一面侧共面，第一微带天线1和第二微带天线2通过天线介质板上设置的金属过孔3形成信号连通。第一金属条带4和第二金属条带5为非等尺寸的金属条带组成，每个金属条带长度为半个等效介质中的波长。

工作时，天线间的直接耦合场在第二微带天线上的感应电流与第一微带天线的激励电流方向相反。当加入非对称共面去耦结构时，非对称共面去耦结构受第一的场激励并工作于谐振模式，其电流与第一的激励电流流向相反，由非对称共面去耦结构引入的间接耦合场在第二微带天线上的感应电流应与第一微带天线上的电流同向，从而能够与直接耦合场在第二微带天线上的感应电流相抵消，滤除天线间耦合场引起的地电流耦合，利用场对消方法实现互帮抑制，达到抑制互耦的目的。较之其他无源去耦结构，非对称共面去耦结构具有较低的福射能力，其在保持去耦效能的同时并不恶化天线的福射性能该结构可用于抑制紧密摆放的微带天线间的互耦，并且能够解决无源去耦结构对天线福射场的影响问题。即在第一微带天线和第二微带天线之间加入由两个非对称共面金属条带构成的非对称共面去耦结构，与第一微带天线和第二微带天线间形成一个闭合的耦合环路，达到减少第一微带天线和第二微带天线间的互耦效应、提高第一微带天线和第二微带天线间的隔离度的目地。同时去耦结构本身也不会影响天线的辐射方向图。

本实施例中，所述非对称共面去耦结构中的同一个平面中所有金属条带的尺寸为非等同尺寸。所述金属条带的数量或层数可以根据在需要进行设置，如数量可以采用两个及以上，金属条带的层数可以选择天线介质板的上下表层，也可以选择三层以及以上，即在多层天线介质板，如PCB板内层内设置金属带层。通过金属过孔3可以增加耦合效果，同时能减小两个共面金属条带的尺寸，优选采用在天线介质板的上下表层分别放置相同大小的共面第一金属条带4和第二金属条带5。

所述第一金属条带4和第二金属条带5在本实施例中采用平行放置，也可根据需要采用其他方式放置。所述第一金属条带4和第二金属条带5之间的金属过孔3数量及位置可以根据需要进行设置。

下面以天线介质板采用材料为Rogers RT 5880，其相对介电常数为2.2，厚度为0.127mm，天线接收信号波长为60GHz时，所述第一微带天线4和第二微带天线5之间间隔的间隙为0.12mm为例对本发明进一步说明。

所述天线介质板采用比较薄且介电常数比较大的介质以减少天线辐射损失，避免过大的后向辐射。所述第一微带天线4和第二微带天线5之间间隔间隙6为宽度为0.12mm(0.023λ0)。非对称共面的第一金属条带4和第二金属条带5对称性的分布在第一微带天线4和第二微带天线5的上、下两侧。非对称共面的第一金属条带4和第二金属条带5可以采用非等尺寸的金属条带，两个金属条带长度约为半个等效介质中波长。类似于无源振子结构，调节金属条带长度以和高度能够使非对称共面金属条带引入的间接耦合场与原有的直接耦合场相对消，从而提高天线间的隔离度。同时，该非对称共面去耦结构具有较低的福射特性，其产生的场有相当一部分被束缚在条带与地平面之间，这样有利于减弱去耦结构对天线福射场的影响。因此非对称共面条带结构既能够改善天线间的隔离度，又解决了去耦结构恶化天线福射性能的问题。

第一微带天线4和第二微带天线5间的直接耦合场在第二微带天线5上的感应电流与第一微带天线4上的激励电流方向相反。当加入非对称共面金属条带结构时，金属条带受第一微带天线4的场激励并工作于谐振模式其电流与第一微带天线4上的激励电流流向相反，由非对称共面金属条带引入的间接耦合场在第二微带天线5上的感应电流应与第一微带天线4上的电流同向，从而能够与直接耦合场在第二微带天线5上的感应电流相抵消。从而滤除天线间耦合场引起的地电流耦合，达到抑制互耦的目的。

在本实施例中，第一微带天线4和第二微带天线5之间加入了非对称共面去耦结构。在实际工程中，滤波网络结构的引入会引起一定的频偏，可以通过优化微带天线或者微带天线匹配来达到设计目的。

通过用仿真软件HFSS对整个第一微带天线4和第二微带天线5加入非对称共面去耦结构前后进行仿真所得的天线***隔离度S参数随频率变化曲线示意图，在60GHz微带天线的去耦结构，能够使天线间的隔离度提高到33d B，天线间的隔离度效果非常明显。

本发明可以应用于小型化多天线***，比如手机，CPE，UIFI网卡等产品。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，包括设于天线介质板的第一微带天线、与第一微带天线间隔设置的第二微带天线和分别与第一微带天线和第二微带天线连接的同轴馈线，其特征在于，在第一微带天线和第二微带天线两侧设有非对称共面去耦结构。

2.根据权利要求1所述的基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，其特征在于，所述第一微带天线和第二微带天线分别为矩形微带贴片天线。

3.根据权利要求1或2所述的基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，其特征在于，所述非对称共面去耦结构包括与非对称地分布于第一微带天线和第二微带天线两侧的金属条带，两个金属条带通过金属过孔连接，且两个金属条带分别与第一微带天线和第二微带天线共面。

4.根据权利要求3所述的基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，其特征在于，两个金属条带为非等尺寸的金属条带组成，每个金属条带长度为半个等效介质中的波长。

5.根据权利要求3或4所述的基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，其特征在于，当天线接收信号波长为60GHz时，所述第一微带天线和第二微带天线之间间隔的间隙为0.12mm。

6.根据权利要求4所述的基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，其特征在于，所述天线介质板所采用的材料为Rogers RT 5880，其相对介电常数为2.2，厚度为0.127mm。

7.根据权利要求3所述的基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，其特征在于，所述非对称共面去耦结构中的同一个平面中所有金属条带的尺寸为非等同尺寸。

8.根据权利要求3所述的基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，其特征在于，所述金属条带包括等长等宽。

9.根据权利要求3所述的基于非对称共面去耦结构的毫米波天线***，其特征在于，所述金属条带的层数包括上下表层或三层及以上。

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