[发明专利]多元阵列宽频带解耦合网络

说明书

本发明公开了一种多元阵列宽频带解耦合网络，属于有源相控阵天线和Massive MIMO(Massive multiple‑input and multiple‑output，大规模多输入多输出)阵列天线技术领域。本发明所述的解耦合网络结构紧凑；易于集成、易于加工；可实现宽频带内低损耗、有效解耦合；本发明所述包含群时延节的宽频带解耦合网络模型，可广泛适用于线性阵列(不受辐射单元类型、工作频段、单元数目以及阵列布局限制)；不牺牲阵列辐射单元原有的辐射、极化以及阻抗匹配特性；应用于多元阵列时，优势突出，在有效削减任意相邻单元间耦合效应的前提下，并不牺牲非相邻单元间的端口隔离度(通常，在多元线性阵列中，非相邻单元之间已具备足够的隔离度)。

技术领域

本发明属于有源相控阵天线和Massive MIMO(Massive multiple-input andmultiple-output，大规模多输入多输出)阵列天线技术领域，具体涉及一种结构紧凑、易于集成且广泛适用于平面宽角扫描相控阵或线性Massive MIMO天线的宽频带解耦合网络。

背景技术

相比于机械扫描天线，有源相控阵波束切换灵活，可实现无惯性的快速电扫描，具备灵敏度高、可靠性强、机动性强、数据率高等明显优势，在卫星通信和雷达领域受到广泛、密切的关注。平面宽角扫描阵列因其宽视场范围特点备受青睐，目前，此类阵列的宽带化设计成为研究热点。为拓展阵列扫描范围和缓和波束切换过程中峰值增益的波动，所提出的一种重要的技术手段是采用半功率波束宽度(即3-dB波束宽度)较宽的单元来构建阵列，这通常意味着阵列环境中较强的耦合效应。互耦效应带来的不利影响包括：1)有源单元方向图(active element pattern，缩略为AEP)的畸变，进而影响阵列波束赋形，使波束峰值与零点偏离预定方向；2)馈电端口有源阻抗随扫描角度发生变化，即影响宽角阻抗匹配性能，甚至导致扫描盲点，影响后端发射/接收(T/R)模块的性能；3)压缩有效的、可用的波束扫描范围；4)加剧波束切换过程中峰值增益的不稳定性；5)通道校准和阵列故障诊断的难度增大。因此，在宽频带内控制或补偿阵列耦合效应显得尤为重要。

现有文献中可查的解耦合网络，多数仅适用于二元、三元阵列解耦合，而对于大规模阵列或耦合效应复杂的阵列束手无策；多数解耦合网络仅能够在较窄的频率范围内实现解耦合，无法在阵列单元的整体工作频段内实现解耦合。此外，加载人工电磁带隙结构、加载极化转换结构、加载近场谐振结构以及覆盖解耦合超材料层等去耦策略通常面临适用范围窄、结构冗余、难以集成等问题，甚至牺牲辐射单元原有的阻抗带宽、远场方向图与极化特性。设计结构紧凑、广泛适用于多元阵列(单元数目超过三个)天线的宽带解耦合网络仍然极富挑战性。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种多元阵列宽频带解耦合网络，结构紧凑、易于集成，可广泛适用于多元阵列，且加载该解耦合网络并不牺牲辐射单元既有的匹配性能、辐射性能和极化特性。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：

一种多元阵列宽频带解耦合网络，包括两个宽带定向耦合器、群时延节、相位延迟传输线和两个电阻性负载；

两个宽带定向耦合器的结构参数相同，第一宽带定向耦合器的耦合端、群时延节、相位延迟传输线和第二宽带定向耦合器的耦合端依次连接；第一宽带定向耦合器的隔离端通过第一电阻性负载接地，第二宽带定向耦合器的隔离端通过第二电阻性负载接地。

第一宽带定向耦合器的直通端连接第一辐射单元，第二宽带定向耦合器的直通端连接第二辐射单元，两个辐射单元相同；第一宽带定向耦合器的输入端作为第一辐射单元的馈电端口，第二宽带定向耦合器的输入端作为第二辐射单元的馈电端口。

进一步的，调节解耦合网络中定向耦合器的电压耦合因数，使得辐射单元间直接耦合效应和由解耦合网络引入的附加耦合的耦合系数幅度相等。

进一步的，调节解耦合网络中引入的群时延节，使得辐射单元间直接耦合效应和解耦合网络的附加耦合路径的群时延匹配。