[发明专利]用于降低天线阵列中互耦的设备和方法

说明书

提出了一种用于降低天线阵列中单元天线之间互耦的装置和方法。该装置位于天线阵列的近场，即反应区中。所述装置具有在一平面内由扁平金属或其它导体构成的电隔离的矩形、十字形、L形和/或类似形状的贴片的图案。导电贴片被分段成最大尺寸不大于该天线的标称工作范围中的最短波长的0.3倍的较小形状，和/或相对接地面的高度大于0.25个中心频率的波长和/或小于0.4个中心频率的波长。导电贴片的尺寸和高度经过设计使得相邻单元天线之间在没有使用导电贴片时测量或模拟得到的互耦S参数S₂₁^Array和在使用导电贴片时测量或模拟得到的互耦S参数S₂₁^ADS之间的差值S₂₁^Refl＝S₂₁^ADS–S₂₁^Array满足：|S₂₁^Refl|的值在|S₂₁^Array|±|S₂₁^Array|×20％的范围内；以及Phase(S₂₁^Refl)的值在Phase(S₂₁^Array)+180°±30°的范围内。

技术领域

本公开涉及天线，特别是天线阵列，尤其是多输入多输出(MIMO)天线阵列(诸如大规模MIMO(M-MIMO))天线阵列中单元天线间互耦的降低。类似地，本公开也涉及用于雷达和其他应用的相控阵天线。

背景技术

显而易见，大规模MIMO(M-MIMO)技术已经成为未来无线通信系统，特别是第五代(5G)无线系统的关键技术。M-MIMO代表了天线和信号处理理论与工程化思维模式的转变。原理上说，阵列中配备的天线越多，传输信道能具有的自由度就越高，且容量和链路可靠性方面的性能就越好。然而，M-MIMO系统的性能强烈依赖于天线阵列的性能和传输环境。随着限空间内的天线数量的增加，设计者将面临更多的挑战。这些挑战之一是单元天线间的互耦效应，互耦效应是M-MIMO天线阵列性能的主要限制因素之一。在实施过程中，如何降低有限区域内天线阵列(特别是M-MIMO天线阵列)中每对单元天线之间的互耦是一个具有挑战性的问题。人们一直期望提供一种用于降低天线阵列中互耦的设备和方法。

发明内容

一般来讲，公开了一种用于降低天线阵列中单元天线之间射频(RF)和其他电磁辐射互耦的装置。一组平面的、相互分离的金属贴片图案固定在天线阵列上方的近场中，贴片位于单元天线上方，或位于多个单元天线之间的上方。所述贴片平行于天线阵列的接地面。贴片可以由金属或其他导电材料制成。在此为了方便起见，该装置被称为阵列天线去耦面(array-antenna decoupling surface，ADS)。

这些贴片通常具有偶数个侧边，其中相对的侧边彼此平行，诸如矩形、加号(pluses)形、T形，以及它们的略微弯曲的版本。贴片被放置成形成分段的矩形、加号形、框架、环以及其他几何形状。正方形是矩形的一种。

这些贴片处于一共平面中，该共平面可以容易地在低介电常数基板上形成。这些贴片处于天线的近场中，在阵列天线接地面上方的高度优选地高于0.25λc，且该高度低于0.4λc，其中λc是天线设计的中心频率的波长。