本發(fā)明涉及一種微帶天線陣的多層電磁帶隙去耦結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，陣列天線技術(shù)受到了移動(dòng)通信領(lǐng)域?qū)W者們的青睞，并且在基站和雷達(dá)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，隨著人們對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備的要求越來(lái)越高，陣列天線技術(shù)在使用進(jìn)程中受到了很多限制限制，如體積大，增益低等。此外，現(xiàn)代的移動(dòng)通信設(shè)備要求小型化與便攜化，這就要求陣列天線單元所占用的總空間變得很小，從而使天線陣單元之間的距離變得很小。而天線陣陣元間距是陣列天線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)之一，當(dāng)距離大于二分之一波長(zhǎng)時(shí)，認(rèn)為各天線單元之間的相關(guān)性低，隔離度大，可以很好的工作。但是在現(xiàn)代移動(dòng)通信設(shè)備中，各天線單元之間的距離相對(duì)較小，進(jìn)而使天線陣各陣列單元之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的互耦，這不僅會(huì)影響天線陣的帶寬、輻射方向圖和輻射效率等特性，還會(huì)導(dǎo)致各天線單元之間的相關(guān)性增加，降低通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。所以，采用去耦合技術(shù)降低天線單元之間的互耦，提高天線陣陣元間的隔離度是天線陣列設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。

2012年Alam M.S.，Islam M.T.和Misran N.提出了一款基于SRS-EBG(Splitring Slotted Electromagnetic Band Gap)去耦的陣列天線，該陣列天線中有兩個(gè)中心頻率為13GHz的天線單元，兩個(gè)天線單元之間的距離為0.8λ，通過(guò)在天線單元之間加載SRS-EBG結(jié)構(gòu)，使得隔離度提升到36.2dB，取得了很好的去耦效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種微帶天線陣的多層電磁帶隙去耦結(jié)構(gòu)，采用多層電磁帶隙結(jié)構(gòu)，旨在降低陣列天線陣元間耦合，提高天線陣的隔離度。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括公共接地板、對(duì)稱設(shè)置在公共接地板上的介質(zhì)基板、對(duì)稱設(shè)置在介質(zhì)基板中心線兩側(cè)的兩個(gè)矩形輻射貼片、兩個(gè)同軸饋電端，還包括設(shè)置在兩個(gè)矩形輻射貼片之間的成列布置的三個(gè)電磁帶隙單元，每個(gè)電磁帶隙單元由四層金屬貼片組成，每層金屬貼片通過(guò)短路探針連接至公共接地板。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.每個(gè)帶隙單元的最上層的金屬貼片為矩形金屬貼片、其余三層的金屬貼片為刻蝕槽的矩形金屬貼片，所述刻蝕槽的矩形金屬貼片是指在矩形金屬貼片上設(shè)置有兩組方形開(kāi)口槽，兩組方形開(kāi)口槽一大一小、大的方形開(kāi)口槽位于小的方形開(kāi)口槽外且兩組方形開(kāi)口槽相對(duì)設(shè)置。

2.所述電磁帶隙單元的金屬貼片是銅材料貼片，短路探針是直徑為1mm的銅柱。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明是基于四層電磁帶隙去耦結(jié)構(gòu)的微帶陣列天線，具有結(jié)構(gòu)緊湊，天線之間的距離為0.13個(gè)中心頻率波長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于半個(gè)波長(zhǎng)，滿足了集成度越來(lái)越高的要求；所設(shè)計(jì)的微帶陣列天線通過(guò)采用四層電磁帶隙去耦結(jié)構(gòu)，有效的降低天線陣陣元間的耦合，使天線陣陣元間的隔離度大大提高，提高了通信質(zhì)量。本發(fā)明采用同軸饋電方式對(duì)兩天線單元進(jìn)行饋電，有利于天線陣的集成設(shè)計(jì)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)俯視方向的示意圖；

圖2是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)主視方向的示意圖；

圖3是本發(fā)明的每層的金屬貼片的居圖結(jié)構(gòu)示意圖(不包括頂層)；

圖4是本發(fā)明的去耦特性的曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括位于整個(gè)介質(zhì)基板下表面的公共接地板101，介質(zhì)基板上表面的矩形輻射貼片301和302，兩個(gè)同軸饋電端口201和202，以及三個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元1003、1004和1005及其各自的短路探針1002、1001和1006。每個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元由4層組成，且每層之間采用短路探針連接至接地板，三個(gè)電磁帶隙單元之間形成的兩個(gè)尺寸大小相等的縫隙。

為降低設(shè)計(jì)成本，本發(fā)明采用的介質(zhì)基板是介電常數(shù)為4.4的FR4介質(zhì)，介質(zhì)基板的長(zhǎng)度和寬度根據(jù)小型化微帶天線原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，也即介質(zhì)基板的尺寸采用小型化技術(shù)設(shè)計(jì)。介質(zhì)基板上的矩形輻射貼片根據(jù)微帶天線理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，矩形輻射貼片和介質(zhì)基板下的公共接地板均采用銅材料，也就是說(shuō)介質(zhì)基板下面為天線陣的公共接地板101，實(shí)際工程中公共接地板為覆銅結(jié)構(gòu)。每個(gè)電磁帶隙單元為四層電磁帶隙結(jié)構(gòu)401、4102、4103、4104，且均為銅材料貼片，短路探針1001、1002、1006也為直徑為1mm的銅柱，相鄰兩個(gè)電磁帶隙單元之間的距離相同。

如圖1所示，本發(fā)明的一種微帶天線陣的多層電磁帶隙去耦結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板上表面矩形輻射貼片301和302采用銅制印刷材料印刷在矩形介質(zhì)基板上，且對(duì)稱分布在介質(zhì)基板的中心線兩側(cè)，兩個(gè)同軸饋電端口201和202分別連接SMA連接器，且SMA的內(nèi)導(dǎo)體與矩形輻射貼片301、302相連，SMA的外導(dǎo)體與公共接地板101連接。兩個(gè)同軸饋電端口201和202的位置可以根據(jù)微帶天線設(shè)計(jì)理論進(jìn)行確定，以滿足天線陣工作頻率的要求。

如圖3所示，每個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元分為四層，，每個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元包含四層金屬貼片和一個(gè)短路探針，其中最頂層的金屬貼片為矩形金屬貼片，下面三層金屬貼片均為刻蝕槽的舉矩形貼片。也即和介質(zhì)基板較近的三層結(jié)構(gòu)完全一樣，相鄰兩層之間的距離也相同，且下面三層上面均有一對(duì)方形開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)501和502的槽，最上面一層沒(méi)有槽，電磁帶隙單元的所有層通過(guò)一個(gè)短路探針1001或1002或1006和公共接地板101連接。具體的說(shuō)是：每個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元的每層貼片401、4102、4103、4104的長(zhǎng)、寬一致，每層之間的距離以及每層貼片的尺寸可根據(jù)工程需求以及去耦合頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)，電磁帶隙結(jié)構(gòu)下面三層上面刻蝕的方形開(kāi)口諧振環(huán)501和502的尺寸可以進(jìn)行調(diào)整以滿足天線去耦合需求。且每個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元間的間距相等。

如圖4所示，本發(fā)明的一種微帶天線陣的多層電磁帶隙去耦結(jié)構(gòu)，在選擇合理尺寸，可以使所設(shè)計(jì)的天線陣的陣元間隔離度提高了30dB。

綜上，本發(fā)明根據(jù)電磁帶隙結(jié)構(gòu)理論和天線陣去耦設(shè)計(jì)理論，在工作頻帶內(nèi)設(shè)計(jì)滿足天線陣陣元間耦合降低的電磁帶隙結(jié)構(gòu)，將三個(gè)完全相同的四層電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元設(shè)置在兩個(gè)天線陣列中間，且兩個(gè)天線陣陣元對(duì)稱分布在電磁帶隙結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。所設(shè)計(jì)的多層電磁帶隙去耦結(jié)構(gòu)可以有效的降低天線陣元間的耦合，提高天線陣的隔離度；該天線陣包括位于整個(gè)介質(zhì)板下表面的公共接地板101，介質(zhì)板上表面的矩形輻射貼片301和302，兩個(gè)同軸饋電端口201和202，以及四層電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元1003、1004和1005及其各自的短路探針1002、1001和1006；本發(fā)明所設(shè)計(jì)的多層電磁帶隙去耦結(jié)構(gòu)，不僅可以有效的降低天線陣元間的耦合，而且可以有效的提高天線陣的隔離度，實(shí)現(xiàn)高性能陣列天線設(shè)計(jì)。