[发明专利]一种用于降低天线阵列单元间互耦的馈电网络

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术、雷达技术领域，具体涉及一种可用于有效降低天线阵列单元间互耦的新型馈电网络，适用于微波、毫米波等通信系统中。

背景技术

在阵列天线和多输入多输出系统(MIMO)中，单元间能量的相互耦合是一种不可避免的现象，并且通常会对系统性能产生负面影响。例如在相控阵天线中，互耦的存在会导致很难实现单元在大扫描范围内的阻抗匹配。对于多输入多输出系统来说，单元间的互耦会导致信噪比的恶化和信道容量的降低。因此，如何降低天线阵列单元间的互耦一直是天线设计领域中的热点和难点问题。

降低互耦最直接的方法是在单元之间加入阻碍电磁波传播的电磁结构，例如经常报道的电磁带隙、缺陷地等周期性结构。2005年，M.M.Nikolic等提出使用连接地面和微带贴片的几排短路柱来抑制空间波的耦合；但是这些短路柱会造成一定的能量损耗且不易于加工。

使用特殊的馈电网络是另一种降低单元间互耦的方案。2008年，C.Volmer等使用一种的模式分解网络使得阵列散射矩阵正交化，然而这种方法的带宽相对较窄，分解得到的不同模式的Q值和效率也差别巨大；另外该方法也同样需要设计额外的匹配网络。2014年，L.Zhao提出使用电抗加载的哑元阵列来降低对称阵列有源单元间的互耦，但是该哑元阵列的设计过程比较复杂，哑元的存在也会影响到有源单元的辐射性能。以上这些特殊馈电网络主要针对多输入多输出系统中单元间互耦的抑制，复杂的电路结构和集总元件的使用使得这些方法在大型的阵列天线尤其是相控阵天线中应用受到限制。

2010年华为公司公开了一种提高天线隔离度的中国发明专利(公开号：CN106677149A)。该发明专利中提到使用耦合器(有源或者无源)从发射天线的馈电链路上耦合信号，耦合到的信号经过耦合器的相位段传输给邻近天线。由于耦合到的信号与直接从空间中耦合的信号幅度相等，相位相反，从而两者相互抵消，提高了相邻天线间的隔离度。该专利提出的方法为降低阵列单元间互耦提供了新的思路，但是专利中所述的方案难以实施。第一，由于耦合器的耦合段直接与邻近天线的接收链路连接，这样会导致邻近天线的阻抗匹配恶化，另外邻近天线直接从空间中耦合的部分信号会通过耦合段重新耦合到发射天线的发射链路上从而影响发射天线的辐射性能；第二，该专利中提出的实施方案只能应用于双天线单元中一个作为发射天线，邻近的天线作为接收天线的情况下，然而在MIMO系统、相控阵天线的等众多应用中，相邻的天线单元需要同时作为发射或者接受天线，因此其应用受到极大限制；第三，该专利提出的有源耦合器在实际应用中除了会遇到与上述无源耦合器相同的问题之外，还额外增加了设计的复杂度和天线系统能耗。

上述用于降低单元间互耦的方法很难同时做到结构简单、损耗小且不影响天线自身的辐射特性。因此在实际工程应用中，急需一种方法可以同时满足这些要求，本发明正是针对该需求而提出。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于有效降低阵列天线单元间互耦的馈电网络，该馈电网络具有结构简单、损耗小且不影响天线辐射性能的特点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于降低天线阵列单元间互耦的馈电网络，包括输入端口、为天线单元馈电的输出端口以及在各输入端口加载的用于降低天线单元间互耦的耦合网络，下面结合图1对本发明做详细说明：