[發明專利]基于特征模理論的方向圖可重構2端口MIMO天線的設計方法

有效

• 申請號: 201711448441.8
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108172999B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 史琰;李可;張向凡
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q3/34
• 分類號: H01Q3/34;H01Q21/00;H01Q1/50;H01Q1/48
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 張超

1.一種基于特征模理論的方向圖可重構2端口MIMO天線的設計方法，其特征是：至少包括以下步驟：

步驟1，依據特征模理論計算一塊矩形金屬覆銅板的特征模曲線，使其金屬覆銅板的形狀和尺寸在工作頻帶內具有n個特征值為0的諧振模式；其中，n≥3；

步驟2，提取上述諧振模式的特征電流，生成特征電流矢量分布圖，其中特征電流矢量分布圖中電流最小點處即為各自模式所對應的饋電點位置，由饋電點位置得到輻射地板的結構和所需的兩組諧振模式；

步驟3，在步驟2中兩組諧振模式所對應的饋電點位置處引入所對應的兩組容性耦合單元；兩組容性耦合單元分別是：第一容性耦合單元(1)、第二容性耦合單元(2)、第三容性耦合單元(3)和第四容性耦合單元(4)；

步驟4，設計兩個可重構的饋電網絡，分別給步驟3中每組容性耦合單元和輻射地板之間進行饋電以產生激勵電壓激勵所對應的每組諧振模式；具體包括：

4a)針對第一組諧振模式所對應的饋電網絡，由于第一模式和第八模式具有相同的2個饋電位置，所以首先設計一個一分2的功率分配網絡，其中此第一功率分配網絡的輸入端口(6)，并設其為端口1，第一功率分配網絡的第一輸出端口(7)和第一功率分配網絡的第二輸出端口(8)，將第一功率分配網絡的第一輸出端口(7)和第一功率分配網絡的第二輸出端口(8)分別與步驟3中的第一容性耦合單元(1)和第二容性耦合單元(2)相連，進而對容性耦合單元和輻射地板之間進行饋電以產生激勵電壓激勵所對應的第一模式和第八模式，饋電網絡下的介質(9)為一厚度為0 .8mm的FR4介質；

4b)第一模式在兩個饋電點的模式電流具有相同的幅度和相位，而第八模式的模式電流在這兩個饋電點位置具有相同的幅度和相反的相位關系；在上述功率分配網絡中引入第一移相結構(10)、第二移相結構(11) ,第三移相結構(12)和第一可調開關結構(13)、第二可調開關結構(14)、第三可調開關結構(15)、第四可調開關結構(16)；第一移相結構（10）通過第一可調開關結構（13）和第二可調開關結構（14）位于第一功率分配網絡的輸入端口(6)和第一功率分配網絡的第二輸出端口(8)之間；第三移相結構（12）通過第三可調開關結構（15）和第四可調開關結構（16）位于第一功率分配網絡的輸入端口(6)和第一功率分配網絡的第二輸出端口(8)之間，第二移相結構(11)位于第一功率分配網絡的第一輸出端口（7）和第一功率分配網絡的輸入端口(6)之間；第一可調開關結構（13）和第二可調開關結構（14）位于第一移相結構（10）與第一功率分配網絡的接口處，通過第一可調開關結構（13）和第二可調開關結構（14）來控制第一移相結構（10）接入或者不接入到第一功率分配網絡中；第三可調開關結構（15）和第四可調開關結構（16）位于第三移相結構（12）與第一功率分配網絡的接口處，通過第三可調開關結構（15）和第四可調開關結構（16）來控制第三移相結構（12）接入或者不接入到第一功率分配網絡中；當第一可調開關結構(13)、第二可調開關結構(14)導通，而第三可調開關結構(15)、第四可調開關結構(16)斷開時，第一移相結構(10)和第二移相結構(11)導通工作，此時第一功率分配網絡的第一輸出端口(7)和第一功率分配網絡的第二輸出端口(8)具有相等的幅值和相位關系，進而可以將所對應的第一模式激勵出來；而當第一可調開關結構(13)、第二可調開關結構(14)斷開，而第三可調開關結構(15)、第四可調開關結構(16)閉合工作時，第二移相結構(11)和第三移相結構(12)導通工作，此時第一功率分配網絡的第一輸出端口(7)和第一功率分配網絡的第二輸出端口(8)具有相等的幅值和相反的相位關系，進而可以將所對應的第八模式激勵出來；

4c)在上述第一功率分配網絡中繼續引入匹配結構以實現最后的饋電網絡,此第一匹配結構(17)和第二匹配結構(18)為兩個寬度為0 .5mm，長度為11mm的開路枝節；

4d)利用相同的設計方法,對另外一組饋電網絡進行設計，此饋電網絡的第二功率分配網絡的輸入端口(19)，并設其為端口2，第二功率分配網絡的第一輸出端口(20)和第二功率分配網絡的第二輸出端口(21)；將第二功率分配網絡的第一輸出端口(20)和第二功率分配網絡的第二輸出端口(21)分別與步驟3中的第三容性耦合單元(3)和第四容性耦合單元(4)相連，進而對第三容性耦合單元(3)和第四容性耦合單元(4)和輻射地板(5)之間進行饋電以產生激勵電壓激勵所對應第一模式和第六模式；此第二饋電網絡的移相結構為第四移相結構(22) ,第五移相結構(23)和第六移相結構(24)，開關結構為第五可調開關結構(25)、第六可調開關結構(26)、第七可調開關結構(27)和第八可調開關結構(28)；

第五移相結構（23）通過第五可調開關結構（25）和第六可調開關結構（26）位于第二功率分配網絡的輸入端口(19)和第一功率分配網絡的第一輸出端口(20)之間；第六移相結構（24）通過第七可調開關結構（27）和第八可調開關結構（28）位于第二功率分配網絡的輸入端口(19)和第二功率分配網絡的第一輸出端口(20)之間，第四移相結構(22)位于第二功率分配網絡的第二輸出端口（21）和第二功率分配網絡的輸入端口(19)之間；第五可調開關結構（25）和第六可調開關結構（26）位于第五移相結構（23）與第二功率分配網絡的接口處，進而通過第五可調開關結構（25）和第六可調開關結構（26）來控制第五移相結構（23）接入或者不接入到第二功率分配網絡中；在第二饋電網絡中，第七可調開關結構（27）和第八可調開關結構（28）位于第六移相結構（24）與第二功率分配網絡的接口處，進而通過第七可調開關結構（27）和第八可調開關結構（28）來控制第六移相結構（24）接入或者不接入到第二功率分配網絡中；當第五可調開關結構(25)、第六可調開關結構(26)導通，第七可調開關結構(27)和第八可調開關結構(28)斷開時，第四移相結構(22)和第五移相結構(23)工作，此時第二功率分配網絡的兩個輸出端口具有相等的幅值和相位關系，進而可以將所對應的第一模式激勵出來；而當開關結構為第五可調開關結構(25)和第六可調開關結構(26)斷開，而第七可調開關結構(27)和第八可調開關結構(28)導通閉合時，第四移相結構(22)和第六移相結構(24)工作，此時第二功率分配網絡的兩個輸出端口具有相等的幅值和相反的相位關系，進而可以將所對應的第六模式激勵出來；此第二饋電網絡的匹配結構為第一阻抗轉換結構(29)和第二阻抗轉換結構(30)，其長度為4mm，寬度為4 .5mm；此時即完成了另外一組饋電網絡的設計；

4e)最后將上述所設計的兩組饋電網絡分別放置于輻射地板(5)的上側和下側，并通過多層PCB工藝將三層集成到一起；通過第一金屬化過孔(31)和第二金屬化過孔(32)將第一饋電網絡中的第一輸出端口(7)和第一饋電網絡中的第二輸出端口(8)分別與第一容性耦合單元(1)和第二容性耦合單元(2)連接，通過第三金屬化過孔(33)和第四金屬化過孔(34)將第二饋電網絡中的第一輸出端口(20)和第二饋電網絡中的第二輸出端口(21)分別與第三容性耦合單元(3)和第四容性耦合單元(4)連接，實現了一個具有2端口的可重構MIMO天線的設計。