[發明專利]一種雙頻、雙圓極化、高隔離法布里-珀羅腔MIMO天線及其加工方法

在審

• 申請號: 202210439776.8
• 申請日: 2022-04-25
• 公開（公告）號: CN114843772A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 王平;劉杰
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H01Q1/50
• 分類號: H01Q1/50;H01Q1/52;H01Q1/38;H01Q15/14;H01Q15/24;H01Q17/00;H01Q5/10;H01Q5/30
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本發明公開了一種2×2雙頻、雙圓極化、高隔離法布里?珀羅腔多輸入多輸出天線及加工方法，屬于天線技術領域。它由四個相同的法布里腔天線單元以90°旋轉排列而成。天線單元由饋電天線和部分反射面組成。饋電天線是縫隙和貼片的混合結構。手性超材料作為部分反射面單元，實現左旋圓極化波和右旋圓極化波。引入寬帶超材料吸波體提高相鄰天線單元之間的端口隔離度。該天線陣具有高隔離、高增益、雙頻段、雙圓極化特性，適用于現代移動通信應用。其加工方法包括以下步驟：對饋電天線進行預加工處理；對部分反射面進行加工；對吸波體進行加工；在饋電天線上方放置部分反射面形成天線單元；將天線單元旋轉排列成MIMO天線陣；在各單元之間放置吸波體。

技術領域

本發明涉及天線工程技術領域，具體涉及一種雙頻帶、雙圓極化、高隔離法布里-珀羅腔MIMO天線。

背景技術

多輸入多輸出天線，也稱為MIMO天線。與傳統的單天線相比，在不占用額外帶寬的情況下具有極大提高數據速率和信道容量的能力，因此在天線領域受到了廣泛關注。MIMO天線在當前和下一代無線通信系統、傳感器系統、雷達和衛星通信等都具有潛在應用。

MIMO天線由于具有增加空間自由度、改善系統性能、提高信道容量等特點在無線通信等領域得到廣泛應用，而圓極化天線由于抗多徑衰減能力強而受到廣泛關注，因此圓極化MIMO天線得到廣泛發展。近年來，對于雙頻圓極化MIMO天線研究獲得了大量研究，其實現雙頻圓極化的方式大致可以分為三類。(1)貼片天線法，通過在貼片天線開正交縫隙、圓縫隙，切角等操作，改變電流在貼片上的分布來實現圓極化。但是此類天線通常軸比帶寬較窄，增益也較低，這是由于貼片天線本身的輻射機制導致的。(2)相位延遲法：此類方法是將信號通過90度功分器分配成幅度相等、相位相差90度的兩路信號，激勵一個雙頻雙線極化天線的兩個正交極化的輸入端，從而形成圓極化的輻射，此類方式雖然可以實現寬的軸比帶寬，但引入了額外的饋電結構，導致整個MIMO天線饋電系統復雜。(3)極化轉化法：采用在線極化天線上方加載極化轉換罩實現線極化波到圓極化波的轉換，并且計劃轉換罩還可以充當部分反射面實現增益的提升。

綜上所述，傳統的圓極化MIMO天線存在軸比帶寬窄，增益低等問題，而在未來無線通信系統將需要更寬的軸比帶寬，更高的增益和較低的時延。因此，研究雙頻、雙圓極化、高隔離MIMO天線是很具有實用意義的。

發明內容

目前，已公開發表的圓極化MIMO天線，要么增益和軸比帶寬不足，限制了其應用范圍，要么隔離度不夠高，惡化了系統性能，缺乏實用性。

本發明所要解決的技術問題是：通過加載部分反射面，目的在于改善饋電天線的增益以及實現雙頻的極化轉換，然后以組陣的方式形成MIMO天線，并通過加載吸波體提高各單元之間的隔離度，首次提出工作在兩個頻段上不同圓極化形式的MIMO天線，并實現了高隔離。

本發明通過下述技術方案實現：

一種雙頻、雙圓極化、高隔離法布里-珀羅腔MIMO天線，包括的饋電天線、部分反射面和吸波體。其中，部分反射面覆蓋在饋電天線的上方，用于提高饋電天線的增益和實現極化轉換，饋電天線和部分反射面組成天線單元，天線單元以90°旋轉排列形成MIMO天線，吸波體加載在天線單元之間，用于改善MIMO天線的隔離度。

本發明提出的一種雙頻、雙圓極化、高隔離法布里-珀羅腔MIMO天線與現有圓極化MIMO天線相比，其創新點在于：

采用了在饋電天線上方覆蓋部分反射面的方法獲得高增益的雙頻圓極化法布里腔天線，部分反射面同時具有一個高的反射系數和雙頻極化轉換功能，與一般的雙頻圓極化天線不同的是本發明只需要一個饋電端口激勵雙頻的線極化天線，當線極化波到達部分反射面時一部分電磁波被反射回地板，被反射回地面的電磁波經過地面的反射再次達到部分反射面；因此，電磁波在腔內經過多次反射來達到電場同相疊加，最終透射出部分反射面，從而實現對饋電天線增益的增強，透射的電磁波則以圓極化的形式輻射出去，實現極化轉換。