一种高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列

本发明属于天线，涉及一种高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，具体是一种可以在2.4ghz至2.5ghz频带上实现高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列。

背景技术：

1、光学透明天线因其吸引人的特性而备受关注。目前，它不仅在辐射性能上可以与传统天线相媲美，而且具有美观、体积小、重量轻等优点。然而，用tco(透明导电氧化物)材料制作的透明天线由于片电阻高，往往存在辐射效率低的缺点。此外，ito(indium-dopedtin oxide，掺杂铟的氧化锡)薄膜非常脆弱，这对满足移动终端设备的便携性要求提出了挑战。多输入多输出(mimo)技术广泛应用于无线通信系统的设计中。然而，大量天线的结合引入了耦合问题。强烈的相互耦合可能导致不良后果。

2、为了减轻相互耦合的影响，已经引入了各种解耦方案。电磁带隙结构和缺陷结构是常用的去耦方案，它们都是通过抑制表面波来实现去耦。阵列天线去耦面采用了一种不同的方法，通过抑制来自相邻端口的空间耦合波来减少相互耦合。中和线和寄生元件也常用于mimo天线去耦领域。解耦匹配网络也常用于解耦紧密耦合的天线。

3、以上方案都能在一定程度上减少相互耦合。然而，去耦结构通常占用较大的面积，并可能引入其他副作用，如降低工作带宽和扭曲的辐射模式。

4、随着5g无线通信技术的不断发展，一方面，天线数量发展趋势会不断的增加，从而使得天线之间的距离逐渐减小，以至于会发生很多天线之间的强耦合。另一方面，光学透明天线的优点导致它使用需求日益增加。因此一种既不增大电路面积且具有高隔离度，又能实现良好的光学透明特性的技术变得尤为的重要。

5、本发明提出了一种高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，由于天线元件的距离非常接近，不可避免的导致高端口互耦。采用了简单的短路去耦分支通过有规律的对称排列以及共地处理，以实现天线解耦的目的。天线和地面采用金属网格材料也能很好的实现光学透明特性。所提出的解耦方法并未增大电路面积，且天线单元之间的距离相等，模型相同，结构简单，能够大大降低制作难度和成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列。

2、为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

3、一种高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，包括介质基板和设置在介质基板上表面的金属网层；

4、所述金属网层包括金属地、四个结构相同且互不接触的天线单元、短路去耦分支，其中第一天线单元、第二天线单元分布在介质基板的一侧且关于介质基板宽度方向中心线轴对称设置，第三天线单元、第四天线单元分布在介质基板的另一侧且关于介质基板宽度方向中心线轴对称设置；所述第一天线单元、第二天线单元与第三天线单元、第四天线单元关于介质基板长度方向中心线轴对称设置；

5、所述短路去耦分支包括两个纵向短路去耦分支和两个横向短路去耦分支，所述两个纵向短路去耦分支分别设置在第一天线单元和第二天线单元之间、第三天线单元和第四天线单元之间，所述两个横向短路去耦分支分别设置在第一天线单元和第四天线单元之间、第二天线单元和第三天线单元之间。

6、作为优选，第一天线单元和第二天线单元共地，第三天线单元和第四天线单元共地。

7、作为优选，所述两个纵向短路去耦分支在第一天线单元和第二天线单元之间、第三天线单元和第四天线单元之间居中设置，所述两个横向短路去耦分支在第一天线单元和第四天线单元之间、第二天线单元和第三天线单元之间居中设置。

8、作为优选，所述纵向短路去耦分支的长度为0.19λ，横向短路去耦分支的长度为0.38λ。其中λ为中心频率所对应的波长。

9、作为优选，金属网层采用metal-mesh。

10、作为优选，所述第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元采用微带单极天线，由共面波导(cpw)馈电，四个天线端口形成中心对称排列。

11、作为优选，所述短路去耦分支增加自身电场，降低了天线单元端口的电场强度；引入了新的耦合路径，有效地抵消了初始耦合路径，从而实现解耦。

12、作为优选，所述高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列还包括粘合层、导电基板层，所述粘合层设置在介质基板上表面，所述导电基板层设置在粘合层上表面、金属网层下表面。

13、相邻两个天线单元之间存在较高的端口隔离度，传输损耗大于20db(s21，s31,s41,>20db)，所有隔离度性能的提高都通过结合短解耦分支和共地来实现，也可通过添加短路去耦分支的数量来增强所有端口的隔离。

14、天线单元之间的隔离度是由短路去耦分支长度决定，优化设计的短路去耦分支长度来对去耦零点的调谐才能得到更好的解耦效果。

15、所述天线阵列的金属地采用了密集的金属网格材料，实现更好的光学透明特性。与其他材料相比，也能够实现更高的辐射效率和更稳定的辐射性能。

16、所述天线阵列不局限于四单元天线阵列，可以使任意单元数量的天线阵列的耦合降低。通过增加短路去耦分支的数量以及放置的位置来不断提高解耦性能。

17、本发明的有益效果是：

18、本发明采用共地和增加短路去耦支路的技术来实现端口的高隔离度，与其他解耦方法相比，本发明可以显著减少电路面积，实现更紧凑的排布。经过全波仿真和实际测量验证，本发明具有更高的峰值增益、更低的包络相关系数和更高的端口隔离度，从而有效解决了当前无线通信领域中由于天线间距过小而导致的强耦合问题。通过控制短路去耦分支长度和数量来调整去耦效果，从而实现所有端口隔离。同时带宽可以覆盖wlan频段(2.4-2.5ghz)，能够适用于大多数应用场合。同时各天线单元对称分布也能够使制作工艺更加简单化。

19、同时，本发明采用金属网格材料，使得天线阵列具有良好的透明特性，同时相比其他发明还能够实现高辐射效率、高隔离度(s21，s31,s41>20db)。

技术特征：

1.一种高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，包括介质基板(1)和设置在介质基板(1)上表面的金属网层(4)；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，其特征在于：所述纵向短路去耦分支(42)的长度为0.19λ，所述横向短路去耦分支(43)的长度为0.38λ，其中λ为中心频率所对应的波长。

3.根据权利要求1所述的高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，其特征在于：第一天线单元(5)和第二天线单元(6)共地，第三天线单元(7)和第四天线单元(8)共地。

4.根据权利要求1所述的高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，其特征在于：所述两个纵向短路去耦分支(42)在第一天线单元(5)和第二天线单元(6)之间、第三天线单元(7)和第四天线单元(8)之间居中设置，所述两个横向短路去耦分支(43)在第一天线单元(5)和第四天线单元(8)之间、第二天线单元(6)和第三天线单元(7)之间居中设置。

5.根据权利要求1所述的高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，其特征在于：所述金属网层(4)采用metal-mesh。

6.根据权利要求1所述的高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，其特征在于：所述第一天线单元(5)、第二天线单元(6)、第三天线单元(7)、第四天线单元(8)采用微带单极天线，由共面波导馈电，四个天线端口形成中心对称排列。

7.根据权利要求1所述的高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，其特征在于：所述高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列还包括粘合层(2)、导电基板层(3)，所述粘合层(2)设置在介质基板(1)上表面，所述导电基板层(3)设置在粘合层(2)上表面、金属网层(4)下表面。

8.根据权利要求1所述的高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，其特征在于：所述短路去耦分支引入了新的耦合路径，有效地抵消了初始耦合路径，从而实现解耦。

9.根据权利要求1所述的高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，其特征在于：通过添加短路去耦分支的数量以增强所有天线单元端口的隔离度；通过调节短路去耦分支的长度以对去耦零点调谐，从而可以获得最佳的解耦性能。

技术总结本发明公开了一种高隔离光学透明2×2金属网材料天线阵列，包括介质基板和设置在介质基板上表面的金属网层；所述金属网层包括金属地、四个结构相同且互不接触的天线单元、短路去耦分支，其中第一天线单元、第二天线单元沿宽度方向中心线轴对称设置，第三天线单元、第四天线单元沿宽度方向中心线轴对称设置；短路去耦分支居中设置在相邻天线单元之间。本发明采用金属网格材质，使天线单元和地面都具有导电性和光学透明性。通过短路去耦分支实现了任意两个天线单元之间的相互耦合降低到小于‑20dB，本发明天线阵列具有高隔离性、可接受的辐射效率、低平方电阻和优异的光学透明度，使其成为可穿戴和普通无线通信设备的有前途的解决方案。技术研发人员：程一峰,廖素智,王高峰受保护的技术使用者：杭州电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16