[發明專利]一種基于天線啞元的MIMO陣列天線波束優化裝置及方法

有效

• 申請號: 202110266487.8
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113036454B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 王雪梅;丁滿來;唐躒;丁赤飚;曲佳萌;吳蒙
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q1/36
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本公開提供了一種基于天線啞元的MIMO陣列天線波束優化裝置，包括：MIMO陣列天線，包括：若干個輻射天線單元，該若干個輻射天線單元用于電磁信號的輻射或接收；多個第一天線啞元，用于抑制相鄰輻射天線單元間的互耦強度；多個第二天線啞元，用于抑制每個輻射天線單元的表面波。本公開還提供了一種基于天線啞元的MIMO陣列天線波束優化方法。

技術領域

本公開涉及天線技術領域，具體涉及一種基于天線啞元的MIMO 陣列天線波束優化裝置及方法。

背景技術

MIMO陣列天線由于通道數量多、空間自由度大、信道容量多等特點，一直廣泛應用于目標探測、數據傳輸通信等領域。而隨著輕小型平臺的發展，高密度集成度、小型化的MIMO陣列天線成為目前發展的重要方向，高密度集成MIMO陣列天線多將天線與射頻通道進行一體化集成從而大幅降低尺寸、體積等，但高集成度導致MIMO天線單元、子陣間耦合嚴重，方向圖波束畸變，有源器件造成天線方向圖畸變進一步惡化，帶寬變窄，這些問題嚴重制約著其在雷達、通信等各個領域的應用，也成為目前科研人員的研究熱點。

近年來，科研人員投入了大量的研究工作，且提出了幾種解決陣列天線互耦的設計方法，但現有技術中解決陣列天線互耦的方法存在以下缺陷：

(1)傳統的解耦結構尺寸較大，多利用于收發天線之間，用于收發天線間耦合的抑制，無法應用到MIMO陣列天線單元或子陣間；

(2)新研究的電磁帶隙結構(EBG)等平面結構結構由于含有通孔結構，給多層介質板加工帶來了難度，不利于與高密度集成方案中天線與射頻的板級集成。

發明內容

為了解決現有技術中上述問題，本公開提供了一種基于天線啞元的MIMO陣列天線波束優化裝置及方法，對高密度集成的平面陣列天線波束進行優化，該裝置適用于高密度集成的平面陣列天線能夠改善背接有源電路及陣列單元排布緊湊帶來的性能惡化問題，同時具有易加工實現、低剖面等優勢，通過利用優化后的單元啞元排布在饋電輻射單元外，優化天線輻射單元電磁邊界，減小因為電磁邊界不對稱造成的方向圖畸變。

本公開的第一個方面提供了一種基于天線啞元的MIMO陣列天線波束優化裝置，包括：MIMO陣列天線，包括：若干個輻射天線單元，所述若干個輻射天線單元用于電磁信號的輻射或接收；多個第一天線啞元，用于抑制相鄰輻射天線單元間的互耦強度；多個第二天線啞元，用于抑制每個輻射天線單元的表面波。

進一步地，多個第一天線啞元及多個第二天線啞元分別設置于若干個輻射天線單元的周圍且不相互重疊。

進一步地，多個輻射天線單元的間距大于一個波長，該波長為該輻射天線單元的工作頻率所對應的波長。

進一步地，每個輻射天線單元與其周邊設置的多個第二天線啞元的間距大于等于半個波長且小于一個波長，多個第一天線啞元與多個第二天線啞元的間距小于每個輻射天線單元與其周邊設置的多個第二天線啞元的間距。

進一步地，每個第一天線啞元與每個第二天線啞元的尺寸不同。

進一步地，多個第一天線啞元的尺寸小于輻射天線單元的尺寸，多個第二天線啞元的尺寸與輻射天線單元的尺寸一致。

進一步地，多個第一天線啞元的尺寸為輻射天線單元的尺寸的二分之一。

進一步地，多個第一天線啞元與多個第二天線啞元均由金屬材料構成。

進一步地，若干個輻射天線單元均為基于MIMO陣列的同軸通孔饋電微帶貼片天線。

本公開的第二個方面提供了一種基于天線啞元的MIMO陣列天線波束優化方法，包括：構建MIMO陣列天線，該MIMO陣列天線包括若干個輻射天線單元；采用多個第一天線啞元及多個第二天線啞元分別設置于輻射天線單元間的四周，其中，多個第一天線啞元用于抑制相鄰輻射天線單元間的互耦強度，多個第二天線啞元用于抑制每個輻射天線單元的表面波。