[发明专利]一种基于F-P腔的四极化MIMO天线

说明书

本发明公开一种基于F‑P腔的四极化MIMO天线，包括金属地板，底层介质基板，第一、二激励天线，第三、四激励天线，介质腔，上层介质基板，周期性金属贴片；上层介质基板与周期性金属贴片共同组成部分反射表面；部分反射表面、介质腔与金属地板、底层介质基板共同构成F‑P腔；部分反射表面构成F‑P腔的一端，金属地板和底层介质基板构成F‑P腔的另一端；第一、二激励天线，第三、四激励天线设置于介质腔内部。其中第一、二激励天线激励形成一个双极化微带贴片天线；第三、四激励天线激励形成两个正交的电偶极子天线。本发明所提出的技术方案可以充分利用天线结构，获得一种紧凑型、多极化、高增益MIMO天线设计。

技术领域

本发明属于天线领域，特别地，涉及一种基于F-P腔的MIMO天线。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)日益受到人们的关注。MIMO技术是指在收发两端同时采用多个天线，通过信号处理技术，利用无线信道中的多径传播特性，可以建立多个并行的空间子信道，在不增加带宽和发射功率的情况下，可以成倍地高通信系统的频谱效率和信道容量，能够满足人们对大容量高质量通信的需求，因此MIMO技术被认为是未来通信系统中的关键技术。近年来，人们对小型化系统的需求日益提高，采用极化分集技术的紧凑型多极化MIMO系统被提出并被证明可以很好地解决这个问题。传统的空间分集技术需要通过足够大的天线单元间距来获得低耦合特性，而极化分集技术很好的克服了这一缺点，既实现了收发两端多天线系统的设计，又大大地缩减了无线通信系统所需的空间体积。

为了满足5G比4G网络的容量提升1000倍的目标，必须使用更大的带宽，而低频段的频谱资源趋于饱和，因此人们准备在5G移动通信中使用毫米波频段(频率30-300GHz，对应波长1-10mm)。然而，毫米波频段与低频段相比也存在一些重要的问题，如更大的路径损耗，穿透损耗，严重的大气吸收和雨衰等。研究测试表明，当频率提高一倍时，路径损耗将增大6dB。为了对抗毫米波传输中的路径损耗，需要使用由多个天线阵元组成的一个高增益的天线子阵来构成一个MIMO天线单元。

对于单输入单输出(Single-Input Single-Output，SISO)系统，为了提高天线增益，传统方法是利用大口径的反射面天线，或微带、缝隙等结构的阵列天线来实现，如果直接应到MIMO系统中，天线阵的尺寸将随着MIMO端口数和各端口增益的增加而变大，且需要设计复杂的馈电网络，此外在MIMO天线的设计中还要使各个端口之间保持较高的隔离度。因此，如何获得紧凑型、高增益、高隔离度的MIMO天线阵成为MIMO系统设计中具有很大挑战且急于解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于F-P腔的四极化MIMO天线，该天线具有结构紧凑，多极化，高增益，高隔离度的特点。

具体地，提供一种基于F-P腔的四极化MIMO天线，所述天线具有如下结构：金属地板，底层介质基板，四个激励天线，介质腔，上层介质基板，周期性金属贴片；所述上层介质基板与所述周期性金属贴片共同组成部分反射表面；所述部分反射表面、介质腔、金属地板和底层介质基板共同构成F-P腔；所述部分反射表面构成所述F-P腔的一端，所述金属地板和底层介质基板构成所述F-P腔的另一端；所述四个激励天线放置于所述介质腔内部；所述激励天线由四个馈电端口激励得到四种极化分量。

本发明具有如下有益效果：本发明所提出的系统中，在F-P腔的部分反射表面与地板间的介质中放置四个激励天线得到四个极化分量，可以利用同一个F-P腔同时提高四种极化方式的端口激励天线的增益，且在天线尺寸相同时，所述四极化MIMO天线在自由空间中的信道容量增益明显大于单极化MIMO天线。这样在不增加尺寸的情况下，可以充分利用天线结构，获得一种紧凑型、多极化、高增益MIMO天线设计。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：