[發明專利]一種無線通信用時間反演亞波長陣列天線

有效

• 申請號: 201210291204.6
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN102800955A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 梁木生;王秉中;葛廣頂
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q9/04;H01Q13/08;H01Q21/28
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及一種天線單元間距工作于亞波長的陣列天線，具體涉及一種用于無線通信終端的時間反演亞波長陣列天線。

背景技術

提高移動通信系統的通信容量和通信速率是移動通信追求的目標。隨著個人業務需求的不斷增長，移動終端面臨著通信容量和通信速率亟待提高的巨大需求。在移動終端上設計多個天線單元，增加獨立的無線信道數量是未來移動通信提高移動終端通信性能的主要手段之

根據傳統理論，為使多天線系統（陣列天線）獲得良好的空間分集增益和空間復用增益，要求天線單元間距不小于半個工作波長。如果在有限空間內使得天線單元間距遠小于半個工作波長，將導致單元間的耦合增大，各天線對應的無線信道的相關性大大提高，導致移動終端系統的通信容量和通信速率極大地降低，嚴重損害了通信質量，從而失去了引入多天線系統的意義。盡管人們對天線單元小型化進行了諸多研究，由于移動終端平臺的尺寸有限，要將多個用于不同信道的天線集成在移動終端上，所占用的空間仍然較大。

隨著時間反演技術的日益成熟，利用時間反演電磁波自適應的空間、時間同步聚焦特性，可以解決許多傳統方法無法解決的難題。時間反演（Time?Reversal）需要在信源的附近布置散射體以構成多徑信道。發射信號經過散射體散射后由遠場放置的時間反演鏡（TRM）接收，接收到的信號經過時間反演后，再重新發射。重發射的信號就可以在源點附近實現空間與時間聚焦。1991年，D.R.Jackson與D.R.Dowling發表題為“Phase?conjugation?in?underwater?acoustics”的文章（J.Acoust.Soc.Amer.,vol.89,pp.171-181），文中對對時間反演在“標量波”傳輸情況下所具有的聚焦特性給予了理論證明。2004年，G.lerosey等人發表題為“Time?Reversal?of?electromagnetic?waves”的文章(Phys.Rev.Lett.,vol.92,pp.1939041)，文中首次實驗驗證了“時間反演電磁波”同樣具有空時聚焦特性。2007年，R.Carminati等人發表題為“Theory?of?the?time?reversal?cavity?for?electromagnetic?fields”的文章（Optics?Lett.,vol.32,Nov.2007），文中使用并矢格林函數對時間反演“矢量電磁波”的聚焦性進行了證明。同樣在2007年G.Lerosey等人的在《Science》發表題為“Focusing?beyond?the?diffraction?limit?with?far-field?time?reversal”的文章（Science,vol.315,pp.1119-1122,Feb.2007.），文中給出了一種亞波長陣列天線，它由隨機分布的金屬絲包圍在同軸探針周圍構成。這種陣列天線結合時間反演電磁波在封閉的金屬腔內，工作在2.45GHz，可以展示出1/30波長的超分辨率聚焦特性。這些成果目前還僅限于實驗階段，時間反演陣列天線的帶寬也有待提高，但它已經初步展示了亞波長超分辨率天線陣列的可實現性。

2011年王秉中等人提出了“一種無線移動終端用時間反演亞波長陣列天線”（專利申請號：201110066620.1；申請公布日：2011.06.29；發明人：王秉中，葛廣頂，臧銳），同樣可以展示遠場亞波長超分辨率聚焦特性。相比2007年《Science》文章中提出的天線陣列，該陣列以平面單極子為單元，結構較為緊湊，易于設計和集成，單元尺寸(寬×高)大小為50mm×55mm，工作頻率范圍為2.7~6.7GHz，阻抗帶寬（S₁₁的值小于-10dB或電壓駐波比VSWR小于2）約為4GHz。但是，從該專利說明書附圖4可見，其發明的亞波長陣列天線單元阻抗帶寬不大，在2.7~6.7GHz頻率范圍內并非所有頻率對應的電壓駐波比VSWR小于2，因此在一定程度上限制了該陣列天線的工作頻率適用范圍。

本發明旨在基于時間反演電磁波的遠場超分辨率聚焦特性，研究信道相互獨立、間距遠小于波長的亞波長微結構天線陣列，為用于高性能移動終端的亞波長微結構天線陣列設計提供最佳的陣列結構、高效高精度的設計方法。

發明內容