[發明專利]基于正交模式的平面緊湊型低耦合四極化MIMO天線

有效

• 申請號: 202110483276.X
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113161730B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 樸大志;王軼玨;宋俊平
• 申請（專利權）人: 中國傳媒大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q13/08;H01Q9/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于正交模式的平面緊湊型低耦合四極化MIMO天線，包括基于正交模式的第一輻射體和第二輻射體，所述第一輻射體采用環狀結構，所述第二輻射體采用微帶貼片結構，在第一輻射體上獲得電偶極子(Ex)和磁偶極子(Hz)的輻射模式，在第二輻射體獲得兩種正交的TM11微帶天線模式(Hx、Hy)。本發明充分利用了第一輻射體的內部空間，將第二輻射體置于第一輻射體內，在平面結構內獲得四種極化模式，具有結構緊湊、低耦合等特性；通過分形結構降低第二輻射體TM11模式工作頻率，與第一輻射體工作于同一頻帶。本發明有效利用電磁場矢量特性，通過緊湊的結構可以在多徑豐富的傳播環境中獲得大于3×3、接近4×4獨立同分布瑞利信道的信道容量。

技術領域

本發明涉及一種天線，特別是一種基于正交模式的平面緊湊型低耦合四極化MIMO天線，可以用于無線通信、大規模MIMO天線陣等領域。

背景技術

隨著無線通信技術的蓬勃發展，頻譜資源日趨緊張，盡可能地開發利用現有的頻段、提高頻譜利用率成為必然趨勢。多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，簡稱MIMO)技術通過在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，可以建立多個并行的空間子信道，在不增加頻譜資源和天線發射功率的情況下，可以成倍提高系統信道質量。近年來，隨著5G及下一代移動通信系統中大規模和超大規模MIMO技術的發展，基站及移動終端對天線體積、質量等要求愈來愈高，天線設計向小型化、緊湊型、便攜化方向改進，人們迫切需要緊湊型小型化的天線來滿足日益增長的市場需求，采用極化分集技術的多極化MIMO天線技術被提出并被證明可以很好地解決這個問題。

多極化天線，也稱為矢量天線，可以通過利用空間中所有六個電磁場Ex、Ey、Ez、Hx、Hy、Hz矢量分量在豐富的散射環境中提供最多六個自由度，可以使MIMO天線以空間共點的形式形成多個獨立的并行子信道，因此是實現緊湊型MIMO天線陣的一種重要技術。由于實現共點正交、低耦合、結構緊湊的多極化天線比較困難，目前已有的多極化天線多采用雙極化和三極化天線的設計，而對四極化以及更多重極化的天線設計則相對較少。

現有技術的缺點主要包括：(1)電偶極子與環天線相比，結構較為簡單，更容易通過不同的極化方向來獲得低耦合的多極化天線，但其無法對空間中的磁場分量進行充分地利用。而在由電偶極子和環天線組合而成的多極化天線中，電偶極子和環天線之間的耦合很難去除，特別是在共面的情況下，通常需要添加去耦合網絡、EBG等結構來提高端口隔離度，因此由電偶極子和環天線共同組成的多極化低耦合電磁偶極子天線設計難度更高。(2)為了分別獲得正交的電場和磁場分量，通常需要將電偶極子天線和環天線單元正交放置，由此組成的立體結構會增加設計和加工難度。目前所提出的幾種四極化MIMO天線均為立體結構，天線結構及饋電網絡復雜，不利于集成，在一些特定的使用場景中很難得到應用。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種低耦合、結構緊湊、利于集成的基于正交模式的平面緊湊型低耦合四極化MIMO天線。

技術方案：本發明所述的基于正交模式的平面緊湊型低耦合四極化MIMO天線，包括基于正交模式的第一輻射體和第二輻射體，所述第一輻射體采用環狀結構，通過不同的激勵位置和激勵方式，分別控制環上的表面電流方向獲得兩個正交的輻射模式，即電偶極子(Ex)和磁偶極子(Hz)的輻射模式，具體地，當環上的表面電流均勻同向時，獲得磁偶極子(Hz)的輻射模式，此時輻射體上沒有電流零點，稱之為偶模；當第一輻射體上的表面電流關于x軸對稱，方向相反時，得到電偶極子(Ex)的輻射模式，此時輻射體上有一個電流零點，稱之為奇模；所述第二輻射體采用微帶貼片天線，第二輻射體經過小型化處理，可以在其面積受限的情況下，降低其TM11模式的工作頻率，使其與第一輻射體工作在同一帶寬內。通過在x軸和y軸兩個正交的位置激勵，第二輻射體可以獲得兩個正交的TM11微帶天線工作模式(Hy、Hx)。

所述第一輻射體由兩個同心的、基于零相移傳輸線的環天線構成。