[發(fā)明專利]一種3極化磁偶極子MIMO天線系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410379871.9
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104218320B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樸大志;郭慶新;李增瑞;毛懿;楊玲玉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國傳媒大學(xué)
• 主分類號: H01Q7/00
• 分類號: H01Q7/00;H01Q1/38;H01Q1/52;H01Q21/24
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所11255
• 代理人: 毛燕生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種3極化磁偶極子MIMO天線系統(tǒng)，屬于無線通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于MIMO技術(shù)在提高無線通信系統(tǒng)的信道容量方面具有很大的潛力已經(jīng)受到人們的廣泛關(guān)注。然而，為了獲得較大的信道容量，要求實現(xiàn)MIMO系統(tǒng)的天線能夠獲得足夠大的空間自由度。一個MIMO系統(tǒng)的空間自由度是指它所能支持的獨立子信道數(shù)。在傳統(tǒng)的基于單極化天線的MIMO系統(tǒng)中，為了獲得足夠大的空間自由度，要求發(fā)射和接收天線的陣元間距都要足夠大。在多徑豐富的環(huán)境中最小陣元間距為半個波長，而在多徑稀疏的環(huán)境中可能要達到5-10個波長。由于基站和移動用戶端的空間尺寸都很有限，因此傳統(tǒng)的基于單極化天線的MIMO系統(tǒng)的應(yīng)用受到了很多限制，而基于多極化天線的MIMO系統(tǒng)可以很好的解決這個問題。在多極化天線構(gòu)成的MIMO系統(tǒng)中，由于對電磁場極化信息的利用，可以通過空間共點的、不同極化方式的天線來實現(xiàn)，因此多極化MIMO天線提供了一種緊湊型MIMO系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)。

此外，這種共點的多極化天線由于能夠探測矢量電磁場分量，也稱為矢量天線。矢量天線除了可以用于無線通信以外，在無線定位和導(dǎo)航等系統(tǒng)中也具有重要的應(yīng)用價值。

理論上空間共點的三個正交的電偶極子和三個正交的磁偶極子天線最多可以獲得6個空間自由度。實際上，與共點、正交的電偶極子天線設(shè)計相比，低耦合的共點、正交的磁偶極子天線設(shè)計難度更大，由于互相靠近的環(huán)天線之間更容易產(chǎn)生耦合。

因此，共點、正交的3個電偶極子的設(shè)計較為常見，而共點、正交的多個磁偶極子天線的設(shè)計還不多見。此外，通過前期的研究發(fā)現(xiàn)，為了獲得較大的MIMO信道容量，要求環(huán)天線具有接近理想磁偶極子的輻射方向圖。而為了獲得一個接近理想磁偶極子輻射特性的環(huán)天線，要求金屬環(huán)上的電流具有均勻分布，文獻[1]和[2]中分別提出了兩種二極化正交環(huán)天線，而具有均勻電流分布的，共點、低耦合、3個正交磁偶極子天線的設(shè)計還很少見到公開報道。

目前只發(fā)現(xiàn)幾種共點的2極化磁偶極子天線的設(shè)計，而共點的3極化磁偶極子天線還很少見到。與2極化磁偶極子天線相比，通過3極化的磁偶極子天線可以獲得最高1.5倍的信道容量增益，可見設(shè)計3極化磁偶極子天線對于實現(xiàn)緊湊型、高頻譜效率的MIMO系統(tǒng)具有至關(guān)重要的意義。

然而，如果采用3個普通的環(huán)天線構(gòu)成的共點、3極化環(huán)天線，它們之間會產(chǎn)生很大的耦合，導(dǎo)致天線的輻射效率很低而無法使用。

文獻[1]B.Elnour?and?D.Erricolo,“一種新穎的工作于2.4-GHz的共點交叉極化雙環(huán)PCB天線,”IEEE?Antennas?Wireless?Propag.Lett.,vol.9,pp.1237-1240,2010。

文獻[2]D.Piao,Y.Mao,and?H.Zhang,“兩種新穎的用于極化分集MIMO應(yīng)用的共點雙極化低耦合天線,”in?Proc.The?2nd?International?Conference?on?Connected?Vehicles&Expo(ICCVE2013),Las?Vegas,USA,Dec.2-6,2013。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供一種3極化磁偶極子MIMO天線系統(tǒng)。

一種共點、低耦合、正交、并具有高信道容量的3極化磁偶極子MIMO天線，3極化磁偶極子MIMO天線由3個相互正交的第一環(huán)天線、第二環(huán)天線和第三環(huán)天線組成，這第一環(huán)天線、第二環(huán)天線和第三環(huán)天線的幾何中心位于空間中的同一點，分別饋電；每個環(huán)天線上具有均勻的電流分布，同時第一環(huán)天線、第二環(huán)天線和第三環(huán)天線間的耦合較低，從而具有較高的MIMO信道容量；

其中3極化磁偶極子天線中的第一環(huán)天線、第二環(huán)天線通過周期容性負載來實現(xiàn)均勻的電流分布；這種環(huán)天線印制在Teflon基板上，基板的性能參數(shù)為ε_r＝2.65、tanδ＝0.002，厚度h＝0.7mm；整個環(huán)被均勻的分割成八個部分，其中第一部分上連接著阻抗匹配轉(zhuǎn)換器；

環(huán)的具體參數(shù)：外半徑R₁＝23.5mm,內(nèi)半徑R₂＝20.5mm,每一段弧形帶狀線的角度為a₁＝44°,相鄰弧形帶狀線之間的間隔是a₂＝1°。