[发明专利]基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法

摘要

本发明涉及一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，包括：步骤1，依据特征模理论计算一块矩形金属覆铜板的特征模曲线，使其金属覆铜板的形状和尺寸在工作频带内具有n个特征值为0的谐振模式；其中，n≥3；步骤2，提取上述谐振模式的特征电流，生成特征电流矢量分布图，其中特征电流矢量分布图中电流最小点处即为各自模式所对应的馈电点位置，由馈电点位置得到辐射地板的结构和所需的两组谐振模式；步骤3，在步骤2中两组谐振模式所对应的馈电点位置处引入所对应的两组容性耦合单元。步骤4，设计两个可重构的馈电网络，分别给步骤3中每组容性耦合单元和辐射地板之间进行馈电以产生激励电压激励所对应的每组谐振模式。

主权项

1.一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，其特征是：至少包括以下步骤：

步骤1，依据特征模理论计算一块矩形金属覆铜板的特征模曲线，使其金属覆铜板的形状和尺寸在工作频带内具有n个特征值为0的谐振模式；其中，n≥3；

步骤2，提取上述谐振模式的特征电流，生成特征电流矢量分布图，其中特征电流矢量分布图中电流最小点处即为各自模式所对应的馈电点位置，由馈电点位置得到辐射地板的结构和所需的两组谐振模式；

步骤3，在步骤2中两组谐振模式所对应的馈电点位置处引入所对应的两组容性耦合单元；

步骤4，设计两个可重构的馈电网络，分别给步骤3中每组容性耦合单元和辐射地板之间进行馈电以产生激励电压激励所对应的每组谐振模式。

2.根据权利要求1所述的一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，其特征是：所述的步骤2包括：所述两组谐振模式包括在辐射地板(5)的短边中间位置具有相同馈电点位置的第一模式和第八模式，以及在辐射地板(5)的长边中间位置具有相同馈电点位置的第一模式和第六模式。

3.根据权利要求1所述的一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，其特征是：所述的步骤3中所述的两组容性耦合单元包括第一容性耦合单元(1)、第二容性耦合单元(2)、第三容性耦合单元(3)、第四容性耦合单元(4)；其中选择第一容性耦合单元(1)和第二容性耦合单元(2)为具有4mm×16mm尺寸的矩形金属片，第一容性耦合单元(1)和第二容性耦合单元位于第一模式和第八模式相同的馈电点位置，且距离辐射地板(5)的空隙为4mm；而选择第三容性耦合单元(3)和第四容性耦合单元(4)为具有28mm×4mm尺寸的矩形金属片，它们位于第一模式和第六模式相同的馈电点位置，且距离辐射地板(5)空隙也选择为4mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，其特征是：步骤4包括：

4a)针对第一组谐振模式所对应的馈电网络，由于第一模式和第八模式具有相同的2个馈电位置，所以首先设计一个一分2的功率分配网络，其中此第一功率分配网络的输入端口(6)，并设其为端口1，第一功率分配网络的第一输出端口(7)和第一功率分配网络的第二输出端口(8)，将第一功率分配网络的第一输出端口(7)和第一功率分配网络的第二输出端口(8)分别与步骤2中的第一容性耦合单元(1)和第二容性耦合单元(2)相连，进而对容性耦合单元和辐射地板之间进行馈电以产生激励电压激励所对应的第一模式和第八模式，馈电网络下的介质(9)为一厚度为0.8mm的FR4介质；

4b)第一模式在两个馈电点的模式电流具有相同的幅度和相位，而第第八模式的模式电流在这两个馈电点位置具有相同的幅度和相反的相位关系；在上述功率分配网络中引入第一移相结构(10)、第二移相结构(11),第三移相结构(12)和第一可调开关结构(13)、第二可调开关结构(14)、第三可调开关结构(15)、第四可调开关结构(16)；

当第一可调开关结构(13)、第二可调开关结构(14)开，而第三可调开关结构(15)、第四可调开关结构(16)断开时，第一移相结构(10)和第二移相结构(11)导通工作，此时第一功率分配网络的第一输出端口(7)和第一功率分配网络的第二输出端口(8)具有相等的幅值和相位关系，进而可以将所对应的第一模式激励出来；而当第一可调开关结构(13)、第二可调开关结构(14)断开，而第三可调开关结构(15)、第四可调开关结构(16)闭合工作时，第二移相结构(11)和第三移相结构(12)导通工作，此时第一功率分配网络的第一输出端口(7)和第一功率分配网络的第二输出端口(8)具有相等的幅值和相反的相位关系，进而可以将所对应的第八模式激励出来；

4c)在上述第一功率分配网络中继续引入匹配结构以实现最后的馈电网络,此第一匹配结构(17)和第二匹配结构(18)为两个宽度为0.5mm，长度为11mm的开路枝节；

4d)利用相同的设计方法,对另外一组馈电网络进行设计，此馈电网络的第二功率分配网络的输入端口(19)，并设其为端口2，第二功率分配网络的第一输出端口(20)和第二功率分配网络的第二输出端口(21)；将第二功率分配网络的第一输出端口(20)和第二功率分配网络的第二输出端口(21)分别与步骤2中的第三容性耦合单元(3)和第四容性耦合单元(4)相连，进而对第三容性耦合单元(3)和第四容性耦合单元(4)和辐射地板(5)之间进行馈电以产生激励电压激励所对应第一模式和第六模式；此第二馈电网络的移相结构为第四移相结构(22),第五移相结构(23)和第六移相结构(24)，开关结构为第五可调开关结构(25)、第六可调开关结构(26)、第七可调开关结构(27)和第八可调开关结构(28)；当第五可调开关结构(25)、第六可调开关结构(26)导通，第七可调开关结构(27)和第八可调开关结构(28)断开时，第四移相结构(22)和第五移相结构(23)工作，此时第二功率分配网络的两个输出端口具有相等的幅值和相位关系，进而可以将所对应的第一模式激励出来；而当开关结构为第五可调开关结构(25)和第六可调开关结构(26)断开，而第七可调开关结构(27)和第八可调开关结构(28)导通闭合时，第四移相结构(22)和第六移相结构(24)工作，此时第二功率分配网络的两个输出端口具有相等的幅值和相反的相位关系，进而可以将所对应的第六模式激励出来；此第二馈电网络的匹配结构为第一阻抗转换结构(29)和第二阻抗转换结构(30)，其长度为4mm，宽度为4.5mm；此时即完成了另外一组馈电网络的设计；

4e)最后将上述所设计的两组馈电网络分别放置于辐射地板(5)的上侧和下侧，并通过多层PCB工艺将三层集成到一起；通过第一金属化过孔(31)和第二金属化过孔(32)将第一馈电网络中的第一输出端口(7)和第一馈电网络中的第二输出端口(8)分别与第一容性耦合单元(1)和第二容性耦合单元(2)连接，通过第三金属化过孔(33)和第四金属化过孔(34)将第二馈电网络中的第一输出端口(20)和第二馈电网络中的第二输出端口(21)分别与第三容性耦合单元(3)和第四容性耦合单元(4)连接，实现了一个具有2端口的可重构MIMO天线的设计。