[发明专利]一种用于降低交叉极化耦合具有极化转换特性的去耦结构

说明书

一种用于降低交叉极化耦合具有极化转换特性的去耦结构，包括超材料单元，所述超材料单元放置在介质支撑板上，所述超材料单元之间的间隔距离以及超材料单元的架设高度可调。本发明降低阵列天线单元之间的交叉极化耦合，提高天线单元之间的隔离度。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种用于降低交叉极化耦合具有极化转换特性的去耦结构。

背景技术

随着移动通信系统的快速发展，射频频谱资源日益短缺，如何提供更高质量、更快速的通信服务成为第五代移动通信系统(5G)中的研究热点。在此背景下，已经提出许久的多输入多输出(MIMO)通信技术成为了5G系统中的关键技术。

阵列天线因高增益和强方向性而广泛应用于无线电通信领域，阵列天线的研究一直受到阵列单元耦合等瓶颈的制约，天线阵列单元之间表面电流的产生在很大程度上增加了耦合的程度，严重恶化了阵列天线的特性，如增大空间相关性、降低辐射效率和降低天线增益等。因此如何在紧凑的空间中实现各天线单元之间独立工作，有效地减小天线单元之间的耦合成为阵列天线研究的关键所在。由此可见，提高阵列天线单元的隔离度，并保证天线的辐射特性成为了业界的研究热点，对通信行业的发展具有重大的意义。

现有的天线阵列的去耦方法也越来越多，解耦方法根据解耦思想可以概括分为两类：一种是阻隔天线单元之间耦合电流或者耦合电磁波的传播，如公告号为CN 106207453A的专利公开了一种用于微带天线阵列的缺陷地去耦结构，通过在两个微带阵列天线单元之间的公共地板上设计凹槽结构，从而降低了天线之间的耦合，天线之间的隔离度提高了近30dB；另一种则是引入一条新的耦合路径，来中和抵消掉原始天线阵列单元之间的耦合，如公告号为CN 111129769 A的专利通过在天线阵列上方设置超表面覆层，调节超表面覆层的介电常数可以实现天线单元之间的去耦设计，该专利只介绍了同极化天线单元之间的效果，并未给出针对交叉极化单元的去耦结果。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种用于降低交叉极化耦合具有极化转换特性的去耦结构，降低阵列天线单元之间的交叉极化耦合，提高天线单元之间的隔离度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于降低交叉极化耦合具有极化转换特性的去耦结构，包括多个超材料单元，所述超材料单元放置在介质支撑板301上，相邻超材料单元之间的间隔距离以及各超材料单元的架设高度可调。

所述超材料单元包括中间的介质基板102，所述介质基板102下表面中心沿45°方向印刷有矩形金属贴片101、介质基板102上表面全覆盖为金属底板103。所述超材料单元矩形金属贴片101所在面朝下安装在介质支撑板301上方。

所述矩形金属贴片101朝下放置。

所述矩形金属贴片101的尺寸(W1×L1)为2.4mm×11.6mm，介质基板102尺寸(W2×L2×H2)为12mm×12mm×6mm，介质基板102材料的介电常数为10.2。

所述超材料单元用于降低天线单元402之间的耦合，所述天线单元402为两个，两个天线单元402中心间距为0.5λ(λ为自由空间波长)，交叉放置在地板401上，两个天线单元极化方向相差90°，超材料单元通过介质柱支撑布置在天线阵列正上方。

所述两个天线单元402分别沿±45°方向放置，为实现计划转换特性，超材料单元放置方向应为矩形金属贴片101沿0°(垂直)方向架设在天线单元402正上方。

所述调节超材料单元的架设高度用于控制反射波的幅度和相位，用于使附加耦合路径上的经过极化转换之后的反射波的与原有耦合路径上的波中和抵消。

所述两者中和抵消的条件为：

1、附加耦合波与原有耦合波幅度相等；2、附加耦合波与原有耦合波相位差为180°。