[发明专利]一种阵列天线的曲线槽解耦结构形状优化设计方法

说明书

本发明属于无线通讯天线领域，涉及一种阵列天线的曲线槽解耦结构形状优化设计方法。采用本发明的方法使得含有曲线槽解耦结构的阵列天线在满足特定频段设计需求的同时，还具有良好的解耦性能。所述的曲线槽解耦结构整体结构简单、尺寸小，其结构形式是通过建立了一种曲线槽解耦结构形状优化的设计方法来实现的。决定其结构形式的曲线形状参数是由该曲线与对应直线槽解耦结构直线间的隐式距离函数通过多阶三角函数离散后获得的。本发明的设计方法设计范围广、适用性强，通过设计曲线槽的曲线形状参数来减少阵列天线的互耦效应，极大地提高了阵列天线阵元间的隔离度，从而实现阵列天线的解耦性能。

技术领域

本发明属于无线通讯天线领域，涉及一种阵列天线的曲线槽解耦结构形状优化设计方法。

背景技术

随着无线通讯系统飞速发展，越来越多的新技术具有容量大、传输率高和可靠性强的特点。在这众多的新技术当中，多输入多输出(MIMO)技术无疑是目前移动通信领域最具潜力的无线通讯技术之一，它对于提高信道容量和数据传输速率有着独特的优势。MIMO阵列天线在接收端和发射端各自具有多个端口同时传输，需要同时处理多个信道的复杂信息流，往往会使得阵列天线系统体积过大无法满足当前通讯设备小型化的设计需求，但如果将复杂的MIMO阵列天线系统压缩在狭小的体积内，势必导致阵列天线阵元的间距过小(通常阵列天线阵元间距需大于二分之一波长)，产生较强的相互耦合效应，严重影响MIMO阵列天线的辐射特性和解耦性能。因此，针对阵列天线体积和强互耦的设计矛盾，在有限的空间内设计具有良好辐射特性和解耦性能的MIMO阵列天线成为当前研究热点问题。

目前，在阵元间距过近的MIMO阵列天线中设计不同形式的解耦结构是解决这类问题一种有效的方式。研究表明，解耦结构可以抑制阵列天线阵元间的表面波干扰，减少阵元间的互耦效应，提高阵元间的隔离度及辐射性能。例如专利(CN109713448A)中提出了一种用于改善双极化阵列天线隔离度的解耦结构及带有该结构的天线，该解耦结构采用若干完全相同的交叉C型解耦结构单元，通过调整C型解耦结构的尺寸和位置，可以改善双极化阵列天线各端口间的隔离度。但该解耦结构的结构形式较为复杂，往往难以加工和制造。

在现有的专利和文献的研究当中，MIMO阵列天线解耦的方式大多采用电磁带隙结构(Electromagnetic Band Gap Structure,EBG)，缺陷地结构(Defected GroundStructure,DGS)等，都获得了良好的解耦性能。其中，DGS是MIMO阵列天线极具代表性的解耦结构之一。DGS结构的解耦机理是通过在接地板开槽的方式改变阵列天线表面电流分布，继而通过调控阵列天线的隔离度相关系数来减少阵元间的互耦效应。例如文献“Design ofTri-Band MIMO Antenna with Improved Isolationusing DGS and Vias”等利用设计的DGS解耦结构减少了超过12dB阵元间的互耦效应，但是该设计的DGS解耦结构构型十分复杂且设计手段较为单一。除此之外，文献“High port isolation of a dual polarizedmicrostripantenna array using DGS”等研究了在双极化微带贴片天线接地板上设计方头十字形DGS解耦结构，并实现了良好的解耦性能，虽然设计的DGS解耦结构构型简单，但是仍存在设计手段单一的问题。

综合研究发现，在实现减少MIMO阵列天线互耦效应方面，DGS还存在结构形式复杂、设计手段单一的问题。因此，为满足DGS实际应用中的需求，设计结构形式简单、尺寸小的DGS解耦构型并研究设计手段灵活的解耦结构优化设计方法具有十分重要的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种阵列天线的曲线槽解耦结构形状优化设计方法；采用本发明方法使得曲线槽解耦结构具有良好的解耦性能，同时使得多输入多输出(MIMO)阵列天线满足WLAN频段的设计需求，阵列天线整体结构简单、尺寸小。本发明的设计方法设计范围广、适用性强，该设计方法通过设计曲线槽的曲线形状参数来减少MIMO阵列天线的互耦效应，极大地提高了阵列天线阵元间的隔离度。