[发明专利]一种双极化平面超宽带MIMO天线

说明书

本发明公开了一种双极化平面超宽带MIMO天线，属于天线技术领域。本发明所述天线采用旋转对称的方式排列四个平面单极子天线单元，通过在单元地板间引入枝节以提高隔离度并实现所有单元共地。本发明通过对地板枝节的优化和对地板形状的加槽、延展、圆滑处理使得天线在具有良好匹配的同时仍然具有高的隔离度。本发明所提出的MIMO天线形式具有可扩展的特点。本发明以提出的MIMO天线为单元分别进行一维和二维的拓展，扩展形成的双极化MIMO天线仍然保持较高的隔离度和良好的匹配特性。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种可应用于大规模MIMO通信的双极化平面超宽带MIMO天线。

背景技术

多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)技术可以利用多径环境获得分集增益和复用增益，进而大幅度增加通信信道容量，提高数据传送速率。而近年来提出的大规模MIMO，通过显著增加基站侧配置天线的个数,以深度挖掘无线空间维度资源,显著提升频谱效率和功率效率。

大规模MIMO天线阵列在MIMO技术的基础上，基于多用户波束成形的原理，在基站端布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十条信号。这种对空间资源的充分挖掘，可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源，并且成几十倍地提升网络容量。

另外，超宽带技术(UWB)是一种无载波通信技术，利用ns至μs级的非正弦波窄脉冲传输数据。由傅里叶变换可知，时域持续时间短的波，在频域上会占据非常宽的频带。由香农定理，带宽和信道容量成正比。因此，超宽带技术通过在较宽的频谱(3.1-10.6GHz)上传送极低功率(-41.3dBm/MHz)的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。可以看出，以上技术均可以有效的增加信道容量，改善无线通信传输质量，因此，将其结合可能是一种高效的方法。

为了获得较高的传输速率和频谱利用率，大量多单元天线被提出。以期实现天线较好的隔离特性，多单元往往采用平行极化和正交极化相结合的排布方式；同时，在地板上增加枝节或者槽也是一种常用的技术手段，因为它还可以在一定程度上增加带宽。

文献“A compact printed 4×4MIMO-UWB antenna with WLAN band rejection”提出了一种在WLAN频段具有阻带的4×4的MIMO-UWB天线。天线结构如图1所示。天线的四个辐射单元均为圆形平面单极子天线，其地板均印刷在介质基板背面。为了获得较好的匹配效果，地板做成了渐变结构。在单极子馈线两端，各增加了一个方形的电磁禁带(EBG)结构，这样可以使得天线在WLAN频段形成阻带。四单元天线的隔离度增加主要依靠两方面：第一是天线单元采用两两正交的方式排布，利用了正交极化的两单元可以获得极低相互影响的性能；第二是采用类似微带多模谐振器的原理，在贴片层采用多个短截线，可以使得工作频段内的电流在短截线处聚集，进而降低互耦。该天线在2.85-11.22GHz频段内有15dB以上的隔离度，且通带内反射系数小于-10dB。然而此天线在水平面60×60mm²的尺寸下，最低频点为2.85GHz，尺寸偏大。此外，此结构四个单元的地板并没有连接起来，也就是天线没有公共地，并不适合于MIMO工作。且天线各端口的馈电方式也不便于进一步扩展为大规模MIMO。