[发明专利]一种高隔离、低副瓣MassiveMIMO天线阵列及组阵方法

说明书

本发明实施例涉及一种MassiveMIMO天线阵列以及天线阵列组阵方法。该天线阵列包括多个由3个辐射单元组成的子阵，所述子阵中各辐射单元水平间距为0.5倍波长，垂直间距为0.6倍波长，所述各辐射单元边缘使用腔体隔离，所述子阵错位排布。该天线阵列结构新颖，通过简单的设置实现水平、垂直向的3维波束扫描能力且具有高隔离、低副瓣性能，有效地提高通信系统的容量以及通信质量，可满足5G通信的高效数据传输要求。

技术领域

本发明属于通信领域，特别适用于5G通信场合；本发明具体涉及到一种高隔离、低副瓣MassiveMIMO天线阵列以及所述天线阵列的组阵方法。

背景技术

作为下一代无线通讯技术，5G无线系统以其超高的数据传输速率成为研究的热点。随着5G通信的不断发展，新型天线传输技术成为了支持5G通信所必不可少的重要组成部分。一个很明显的事实是，在数据流量的需求不断增加的同时，可利用的频谱资源并不会增加。因此，在满足迅速增长的无线数据流量的情况下保证通信的可靠性，是目前满足通信需求所亟需解决的问题。在无线通信系统中，要求天线具有方向性强、增益高、旁瓣低、波束扫描等特殊性能以满足某些用途。一般单个辐射单元难以满足这些需求，因此，需要将多个单元按一定规律排列组成阵列天线，即利用多输入多输出(MIMO)天线。

传统的利用阵列天线的波束赋形技术仅仅利用了水平维度信息，通过调整固定的下倾角进行波束赋形，这样就造成了相同角度信息用户之间的干扰，不能针对不同用户进行通信传输，通信质量较差。传统的波束赋形技术对用户角度信息的利用仅仅局限在方位角，指向性较差，用户的接收信号强度低。虽然三维波束赋形技术可增添垂直维度信息，增加一个新的空间自由度，提高系统的干扰抑制及干扰协调能力，但三维波束赋形的天线阵列结构复杂，使用成本较高。传统MIMO LTE基站天线组阵方式最多采用4*4MIMO技术，不具备水平、垂直向的3维波束扫描能力。同时传统MIMO LTE基站天线采用固定波束，在组阵方式上采用各振子单元齐平排布；虽然该方式实现简单，对馈电网络的设计要求也较低，但不适用于波束大角度波束扫描的天线阵列，考虑到齐平排布致使相位跳变幅度大，进而对波束扫描带来高副瓣影响。

为了进一步解决上述问题发展出了大规模MIMO(Massive MIMO)技术，其采用大量天线来服务数量相对较少的用户，可以有效提高频谱效率。大规模MIMO通过在基站侧部署大量的天线，提供足够的空间自由度，以深度挖掘并利用空间维度无线资源，同时引入能量效率优先的系统优化准则，从而解决未来移动通信的频谱效率问题及功率和能耗效率问题。Massive MIMO强调天线阵列的天线单元数量足够大，并没有对天线阵列的形态进行定义。Massive MIMO在实际应用时，由于基站的部署空间有限等实际因素限制，当基站安装的天线规模增大后，线性天线阵列部署成本将大大增加。现有的MIMO传输方案只局限在水平维度，并没有充分利用垂直维度的自由度，没有充分发挥出MIMO技术的全部优势。如中国科学院微电子研究所的郑占旗等在CN108777372A公开了一种高增益相控阵微带天线，该天线包括微带天线阵列和罩设在微带天线阵列上方的微波透镜，利用微波透镜对电磁波的折射汇聚特性来提高天线阵列的增益，继而通过控制天线阵列中各激励端口的幅度和相位，实现波束扫描，最终实现以小规模相控阵天线达到大规模相控阵天线的高增益和波束控制能力，但其结构复杂，不具备水平、垂直三维波束扫描能力。

实现大规模天线阵列是应用Massive MIMO系统的基础，如果单纯基于传统的一维线阵形式是无法支持这一技术的，急剧增加的天线规模将导致天线阵列面积的迅速增大，给基站的选址及天线阵列的安装增加了难度，尤其是在室内站点部署上，将无法满足实际应用需求。因此通过引入二维有源天线阵列(例如，均匀平面阵列，均匀柱阵列以及均匀圆形阵列等)，将大量的天线放置在一个二维平面上，大幅度降低了阵列面积并可以通过数字接口独立的控制每个阵子，是解决大规模天线阵列物理尺寸限制，实现Massive MIMO系统的有效解决方案。采用二维平面阵列，基站不仅可以利用二维天线阵列的阵列增益，而且能够在水平和垂直两个维度内控制波束方向，形成新颖的全维度MIMO系统，从而提升了三维空间的分辨率，增加了用户接收信号功率并且能够有效的降低小区间干扰。