[发明专利]六端口六极化天线

说明书

本发明涉及一种用于使用无线电波的多个极化状态的天线10。所述天线10包括：三端口P1，P2，P3模块20、单端口P4模块30和二端口P5，P6模块40。所述三端口模块20包括电性辐射元件21和两个磁性辐射元件22。所述单端口模块30包括磁性辐射元件31。所述二端口模块40包括两个电性辐射元件41，42。所述三个模块20，30，40堆叠起来。本发明还涉及一种用于制造天线10的方法，包括以下步骤：相互独立地形成三个模块20，30，40；堆叠所述三个模块20，30，40以组装天线10；以及将每个模块20，30，40的谐振调谐成无线电波的频段。

技术领域

本发明涉及一种用于发送和/或接收无线电波的天线，所述天线使用无线电波的多个极化状态。具体地，所述天线为六端口六极化天线，即，具有六个天线端口并使用无线电波的六个极化状态的天线。所述天线旨在在多输入多输出(MIMO)室内信道的丰富散射环境中针对增强的通信使用极化分集。

背景技术

术语分集涉及一种用于提高无线通信质量的方法。存在五种众所周知并且不同类型的分集，即，空间分集、时间分集、极化分集、频率分集和模式(即，角度)分集。现有技术的空间、极化和模式分集用于，例如，WLAN天线系统中的实际实例中。具体地，极化分集用在双极化天线系统中，即，使用接收和/或发送的电磁辐射的两个极化状态的天线系统，其可以表现出比单极化天线系统好高达两倍的接收，其仅在一个维度上线性极化地采用电磁辐射。

此外，存在理论上的考虑，表明在丰富散射环境中六自由度原则上能够用于采用极化分集的天线系统，即，例如，由天线系统发送和/或接收的无线电波的6种电磁极化状态。通过这种六自由度，例如，给定点上的六种可区别电磁极化状态，相对于传统的二自由度，可以获得增加了3倍的信道容量，其用在自由空间中(即，发射器和接收器之间的视线传播)。

对于具有特定信道特性的信道(特别是对于通信带宽较窄的信道或者对于平坦衰落的信道，其中，发送的信号为功率相等的不相关白色高斯随机过程，并且信噪比较大)，信道矩阵H在双反射器散射环境中具有六个非零特征值。从物理立场来看，这六个特征值对应三个相互正交的电向量分量和三个相互正交的磁向量分量，其均可以用于在丰富散射环境中生成六个独立的极化分集支路。

原则上，六自由度的理论考虑在散射丰富的传播信道中进行了实验验证。然而，实验验证仅使用采用377MHz频段的装置演示，不能在实际的无线设备中使用。此外，由于使用了集总匹配组件，实验装置仅显示出非常低的辐射效率，并且尺寸相当大。

现有技术中已知的大多数较新方法侧重于三端口三极化天线，其通常旨在在极化分集的帮助下增强通信容量。这是因为设计任务复杂，从而有必要创建紧凑而高效的六端口六极化天线，其可以完全利用电磁极化的上述资源。

从现有技术中已知几种用于设计三极化天线的方法。这些方法的共同特征是提出了一种用于无线通信的方法，其中，可以利用极化分集来改善衰落性能或提高散射环境中通信信道的容量。现有技术的方法的目标是制造一种三极化天线系统，并且相较于更大尺寸的常规3x3单极化天线系统的容量研究其容量。

三极化天线系统的不同设计包括圆形贴片和单极子的组合，或包括基于位于每个立方体边上三极化天线的MIMO系统的多端口天线立方体(cube)，或包括三端口正交极化偶极子和槽式天线，或包括采用切口天线的三极化天线系统。

发明内容

鉴于上述，需要更先进的天线系统，其具有三个或更多个不相关的端口，以便使天线系统(例如，极化分集情况下的多个电磁极化状态)能够采用更多独立的传播路径以及更多的自由度。尤其是在丰富散射环境中，多个极化状态将大大提高通信。具体地，MIMO天线系统中的6个极化分集支路允许充分利用多径传播条件下增强通信的电磁极化状态的潜能(potential)。然而，创建紧凑并有效的六端口六极化天线用作MIMO天线系统的技术任务是一项重大挑战。