[发明专利]一体式电/磁交替吸波装置及天线阵多状态互耦抑制方法

说明书

本发明公开了一种一体式电/磁交替吸波装置及天线阵多状态互耦抑制方法。该方法通过吸波结构的工作模式和结构参数设计达到H面相控阵在非扫描/任意波束扫描/差波束等多工作状态下的互耦显著抑制。相比于频率选择器件的电磁隔离方法，该抑制方法对天线阵的工作频率、驻波及方向图干扰很小；相比于传统材料型吸波加载，该吸波结构易于安装、成本低，对天线辐射效率和增益性能影响小；相比于常规吸波设计只能对特定天线工作状态进行耦合抑制，利用电/磁交替吸收设计可以有效降低天线在多种工作状态下的耦合。本发明所采用的电阻加载的椭圆形金属环结构，通过设计其与天线电场/电流极值的位置关系，同时实现了阵列互耦抑制和阵列辐射性能的保持。吸波结构利用电/磁交替吸收设计，使得天线阵在任意波束扫描的复杂工作状态下都能得到有效地互耦抑制。

技术领域

本发明涉及天线(H05B6/72)领域，具体是一体式电/磁交替吸波装置及天线阵多状态互耦抑制方法。

背景技术

天线互耦抑制技术是天线阵列的重要研究内容，它通过滤波、吸波或金属隔离等手段降低阵列天线单元之间的互耦。在诸多天线形式中，贴片天线因其诸多优势，被广泛应用于通信系统的电磁波收发模块中，特别是在5G等高速通信系统中，贴片阵列已成为天线功能的主要实现形式。随着相关技术的发展，贴片天线阵列的互耦问题已逐渐成为天线系统的关键问题，阵列互耦引发的辐射性能的降低会极大影响通信整体功能。当阵列在相控波束扫描工作时，扫描状态下的互耦问题较之传统阵列更为复杂，给互耦抑制带来了更大的挑战。在现有互耦抑制技术中，利用材料型吸波加载的方法，其存在安装复杂、成本高，对天线增益性能影响大等问题；而利用滤波结构则会影响天线的驻波性能，且不能适应相控阵波束扫描状态；利用传统的结构吸波加载方法，其工作状态单一，仅能实现某些特定波束扫描时的互耦抑制。这些问题直接限制了相控天线阵技术的发展，长远来看更制约着高速通信系统，特别是面向未来大规模通信功能的研发与实现。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种一体式电/磁交替吸波装置及天线阵多状态互耦抑制方法，克服了传统吸波和滤波等互耦抑制手段的诸多劣势，利用吸波结构的不同工作模式来适应天线的不同工作状态，从而实现相控阵天线系统在多状态工作时的有效互耦抑制。

本发明提供了一种一体式电/磁交替吸波结构，包括椭圆环形金属微带结构及加载电阻，其中椭圆环形金属微带结构处于阵列辐射贴片之间，接收贴片间的互耦能量并于其上激励电/磁感应电流；所述加载电阻为贴片型电阻，其与椭圆环相连接而形成闭合环路，并对环上的感应电流进行吸收，进而实现互耦电磁能量的耗散。

进一步改进，所述的椭圆环形金属微带结构印刷在介质板上，与H面阵列的辐射贴片处于相同覆铜层，介质板下层印刷覆铜背板，如是，抑制结构不增加天线剖面高度。

进一步改进，所述的椭圆环形金属微带结构呈椭圆环形，其中心与阵列中心重合，且椭圆结构不与辐射贴片直接连接，如是，椭圆环结构与贴片E面中心位置距离最近，用以增强非扫描状态下的电吸收强度；同时，与贴片E面两端位置最远，用以降低对阵列辐射性能的影响。

进一步改进，所述椭圆环形金属微带结构在其E面中线处开设两个对称缝隙用于焊接加载电阻，如是，可以增强电阻在非扫描状态下的电吸收强度，缝隙尺寸根据所选电阻封装尺寸而定。

进一步改进，所述椭圆环形金属微带结构的E面尺寸应等于或大于辐射贴片在E面方向的长度，如是，可以增强差波束工作状态下的磁吸收强度。

进一步改进，所述加载电阻焊接于椭圆微带结构的缝隙处，连接椭圆微带环，用以耗散感应于椭圆环形金属微带结构的电磁能量。

进一步改进，所述加载电阻在椭圆环形金属微带结构的H面中线两侧，如是，可以对一般波束扫描状态下的感应电流进行非平衡吸收，实现阵列多状态的互耦抑制。

本发明还提供了一体式电/磁交替吸收实现H面相控贴片天线阵的多状态互耦抑制方法，包括以下步骤：