[发明专利]一种共轭匹配耦合抑制网络的微带电路实现方法有效

专利信息
申请号: 201810978678.5 申请日: 2018-08-27
公开(公告)号: CN109167144B 公开(公告)日: 2021-09-03
发明(设计)人: 李岳衡;李方华;任昕昀;张燕华;居美艳;黄平;谭国平 申请(专利权)人: 河海大学
主分类号: H01P11/00 分类号: H01P11/00
代理公司: 南京纵横知识产权代理有限公司 32224 代理人: 董建林;姚兰兰
地址: 211106 江苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 共轭 匹配 耦合 抑制 网络 微带 电路 实现 方法
【说明书】:

发明公开了一种共轭匹配耦合抑制网络的微带电路实现方法,包括以下步骤:(1)通过加入抑制耦合微带电路,实现对天线阵元的解耦;(2)将天线阵元分别与其馈线阻抗进行匹配,从而实现完整的共轭匹配耦合抑制效果。本发明针对紧耦合MIMO系统存在的电磁耦合效应,采用共轭匹配网络进行耦合抑制,并提供具体的微波电路设计方法,相较于传统的不考虑天线耦合的方法,本发明解决了MIMO系统的耦合问题,可对多天线阵列解耦网络的电路设计提供理论指导。

技术领域

本发明涉及一种共轭匹配耦合抑制网络的微带电路实现方法,属于无线通信技术领域。

背景技术

新一代移动通信体系将采用增强版的MIMO多天线传输技术,也即需要在基站端和移动终端非常有限的空间内集中部署多根甚至上百根的天线阵元,这将导致天线阵元间非常强烈的电磁耦合效应,进而增强信号之间的相关性,导致原始设计系统传输速率也就是信道容量的急剧下降。所以,考虑如何缩小紧耦合MIMO系统天线阵列阵元间的电磁耦合效应将是新一代移动通信系统所必须面对的技术问题。Wallace J W于2004年在IEEETransactions on Wireless Communications上发表的论文“Mutual coupling in MIMOwireless systems:a rigorous network theory analysis”提出了二元阵列去除耦合效应的共轭匹配网络数学原理,但没有相应的具体电路设计。

发明内容

针对现有技术紧凑型MIMO通信系统中天线阵元间电磁耦合效应所带来的系统信道容量严重下降的问题,本发明目的是提供一种共轭匹配耦合抑制网络的微带电路实现方法,首先通过加入抑制耦合微带电路实现对天线阵元的解耦,随后再通过加入匹配微带电路,从而实现完整的共轭匹配耦合抑制效果,达到改善系统通信性能的目的。

为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:

本发明的一种共轭匹配耦合抑制网络的微带电路实现方法,包括以下步骤:

(1)通过加入抑制耦合微带电路,实现对天线阵元的解耦;

(2)将天线阵元分别与其馈线阻抗进行匹配,从而实现完整的共轭匹配耦合抑制效果。

二元天线阵列共轭匹配解耦网络基本原理模型包括二元天线阵列、用于对天线之间电磁耦合进行抑制的解耦电路单元、天线阵元1及天线阵元2的阻抗匹配电路单元M1及M2,该模型中不同电路节点的参考面为A、B、C,馈线端口为P1和P2。

步骤(1)具体的方法如下:为了达到预期的解耦效果,加入的抑制耦合微带电路满足公式(6),

其中,jX表示导纳符号,Y0表示西门子,和分别表示天线1和天线2的自阻抗与馈线间的匹配情况;和则表示两天线之间的耦合情况;

如果二元天线阵列各端口已经良好匹配,也即是天线端口自反射系数小,那么公式(6)简化为:

假设具有合理性,然而天线阵元之间存在耦合效应,那么参考面A处的天线S参数写成:

式中,α是的幅度,是的相位,在天线与抑制耦合电路之间加入一段移相微带线θ,在加入移相微带线之后,在参考面A'处看到的S参数矩阵表示为:

将上述公式(9)所表达的S参数矩阵转变成Y导纳矩阵可以表示为:

在加入微带线后,参考面A'处的互耦合系数实部为零,即:

因此理论上得到微带线的电长度为:

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