一种四极化MIMO天线系统技术方案

一种紧凑型双极化MIMO天线单元及所构成的四极化MIMO天线系统，属于通信技术领域。双极化MIMO天线由1个电偶极子天线和1个与之共面的、几何中心共点的环天线所构成，通过EBG材料的填加来降低此环天线和电偶极子天线间的耦合，获得了一种高隔离度的共面双极化天线结构；并利用此双极化天线构成了一个共点正交的四极化MIMO天线，此四极化MIMO天线由2个电偶极子天线和2个环天线构成。本发明专利技术是首次提出了一种低耦合的、由1个电偶极子天线和1个与之共面的环天线所构成的双极化MIMO天线，并以此天线为基本单元，构成了一种由二个共点正交的电偶极子天线和二个共点正交的环天线所组成的共点正交的四极化MIMO天线，能在获取二个正交的电场分量的同时还可以获取两个正交的磁场分量，可以更充分地利用电磁场的矢量特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种紧凑型双极化MIMO天线单元及所构成的四极化MIMO天线系统，属于通信

技术介绍
多输入多输出(MIMO)系统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，可以同时建立多个并行的空间子通道，在不增加带宽与发射功率的情况下，能成倍地提高通信系统的频谱效率和信道容量，因此在第四代移动通信系统中已获得了广泛的应用，在第五代移动通信系统中，大规模MIMO技术也成为其中最核心的技术之一。然而，为了提供较大的信道容量，要求MIMO系统能够获得足够大的空间自由度。一个MIMO系统的空间自由度是指它所能支持的独立子信道数。在传统的基于单极化天线的MIMO系统中，为了获得足够大的空间自由度，要求发射阵和接收阵中天线单元的间距都要足够大。如果采用单极化的天线阵，在多径丰富的环境中所需的最小阵元间距为半个波长，而在多径稀疏的环境中可能要达到5-10个波长。由于基站和移动用户端的空间尺寸都很有限，因此单极化的MIMO系统在实际应用中会受到很大限制，而基于多极化天线的MIMO系统可以很好地解决这个问题。通过共点正交的多极化天线，或称矢量天线，空间中同一点的多个电磁场分量可以同时被探测到，从而使电磁场的矢量特性可以更充分的被利用。在多极化天线构成的MIMO系统中，由于对电磁场极化信息的利用，可以通过空间共点的、不同极化方式的天线来实现，因此多极化MIMO系统也提供了一种紧凑型MIMO天线的实现技术，在密集阵元的MIMO通信系统和高分辨率MIMO雷达等系统中都具有广泛的应用前景。理论上，如果用一个共点的三个正交的电偶极子天线和三个正交的磁偶极子天线一起构成一个矢量天线，最多可以获得6个空间自由度。但实现共点正交的多极化天线的难度很大，主要原因是距离很近的多个天线之间的耦合作用很强，很难获得低耦合的共点正交的多极化天线结构。而天线之间的耦合会使各天线的辐射效率严重下降从而导致天线无法使用，因此目前人们对多极化天线的设计主要集中在二极化或三极化的MIMO天线，而对更多维极化天线的设计则较少见到。在申请号201210231562.8中也提出了一种四极化天线，但这些天线由二个正交的电偶极子天线和另二个与它们分别成45°和-45°夹角的电偶极子天线构成。由于此天线中的四个阵元均为电偶极子天线，只能对电磁场中的电场分量进行探测，而本专利技术中的四极化天线由二个电偶极子天线和二个磁偶极子天线构成，可以同时对电磁场中的二个正交的电场分量和二个正交的磁场分量进行探测，因此可以更充分地利用电磁场的矢量特性。对于具有不同极化角度的电偶极子天线，当两个天线的夹角为90°时，它们所接收或发射信号的相关性最小，而当它们的夹角小于90°时，其相关性会增加，从而引起MIMO信道容量的下降。此外，由于电偶极子天线的结构比环天线的结构简单，在由不同极化角度的电偶极子天线所构成的多极化天线中，它们之间的耦合相对较小，获得低耦合的多极化天线结构较为容易。而在由多个电偶极子天线和环天线进行组合所构成的多极化天线中，电偶极子天线和环天线间的耦合很难去除，特别是在共面的电偶极子天线和环天线之间，因此与完全由电偶极子所构成的多极化天线相比，由电偶极子天线和环天线的组合所构成的多极化天线的设计难度更大，需要在整个系统范围内进行统筹考虑，提出一些能够有效降低天线耦合的设计。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术提供一种紧凑型双极化MIMO天线单元及所构成的四极化MIMO天线系统，利用极化分集原理，提出了一种紧凑型、低耦合的四极化MIMO天线系统。一种紧凑型双极化MIMO天线单元及所构成的四极化MIMO天线系统，双极化天线由一个环天线和一个与之共面的电偶极子天线构成，四极化天线由两个电偶极子天线和两个环天线构成，彼此共点正交，四个天线工作在相同频带，双极化天线、四极化天线之间填加电磁带隙(EBG)材料以降低这些天线之间的耦合。此双极化MIMO天线系统，由1个电偶极子天线和1个与之共面的、几何中心共点的环天线所构成，电偶极子天线被放置在环天线的内部，与环天线无交叉、无重叠，通过EBG材料的填加来降低此环天线和电偶极子天线间的耦合，获得了一种高隔离度的共面双极化天线结构。利用此双极化天线作为基本单元构成了一个共点正交的四极化MIMO天线，此四极化MIMO天线由2个电偶极子天线和2个环天线构成，并具有较高的隔离度。解决了由1个电偶极子天线和1个与之共面的环天线所构成的共点正交的双极化天线中能够具有高隔离度这一核心问题，并利用此双极化天线构成了一个低耦合的、共点正交的四极化天线。通过此四极化天线可以对电磁场中的2个正交的电场分量和2个正交的磁场分量同时进行探测，用于通信系统，可以增加系统的自由度。用于雷达、导航等系统可以提高定位和方位角等参数的估计精度。本专利技术的优点是：本专利技术是首次提出了一种由一个电偶极子天线和一个与之共面的环天线所构成的、几何中心共点的高隔离度的双极化MIMO天线，通过EBG结构来降低它们之间的耦合。并提出了以此双极化天线作为单元所构成的一种低耦合的四极化MIMO天线，此四极化天线由二个共点正交的电偶极子天线和二个共点正交的环天线来构成，它能同时实现对空间中同一点的二个正交的电场分量和二个正交的磁场分量的提取和利用，相比于以往的二极化和三极化天线，此四极化天线可以获得更高的极化自由度，相比于由不同极化角度的电偶极子所构成的四极化天线，此四极化天线在获取二个正交的电场分量的同时还可以获取两个正交的磁场分量，可以更充分地利用电磁场的矢量特性。附图说明当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更透彻地理解本专利技术以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定，如图其中：图1为本专利技术中共面双极化MIMO天线的结构示意图。图2为本专利技术的共点正交四极化MIMO天线结构示意图。图3(a)为本专利技术的环天线结构示意图。图3(b)为本专利技术中环天线的S参数图。图4(a)为本专利技术的电偶极子天线结构示意图。图4(b)为本专利技术中电偶极子天线的S参数图。图5为本专利技术的由环天线、电偶极子天线和EBG材料组合在一起的双极化天线结构示意图。图6(a)为未填加EBG材料的双极化天线的S参数图。图6(b)为本专利技术中填加EBG材料后的双极化天线的S参数图。图7(a)为本专利技术的螺旋型EBG结构之一示意图。图7(b)为本专利技术的螺旋型EBG结构之二示意图。图8为本专利技术的由上述双极化天线所构成的四极化天线结构示意图。图9(a)为本专利技术的四极化天线的S参数之一图。图9(b)为本专利技术的四极化天线的S参数之二图。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。具体实施方式显然，本领域技术人员基于本专利技术的宗旨所做的许多修改和变化属于本专利技术的保护范围。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑型双极化MIMO天线单元及所构成的四极化MIMO天线系统，其特征在于双极化天线由一个环天线和一个与之共面的电偶极子天线构成，四极化天线由两个电偶极子天线和两个环天线构成，彼此共点正交，四个天线工作在相同频带，双极化天线、四极化天线之间填加电磁带隙(EBG)材料。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型双极化MIMO天线单元及所构成的四极化MIMO天线系统，其特征在于双极化天线由一个环天线和一个与之共面的电偶极子天线构成，四极化天线由两个电偶极子天线和两个环天线构成，彼此共点正交，四个天线工作在相同频带，双极化天线、四极化天线之间填加电磁带隙(EBG)材料。2.根据权利要求1所述的一种紧凑型双极化MIMO天线单元及所构成的四极化MIMO天线系统，双极化MIMO天线的特征在于由1个电偶极子天线和1个与之共面的、几何中心共点的环天线所构成，通过EBG材料的填加来降低此环天线和电偶极子天线间的耦合，获得了一种高隔离度的共面双极化天线结构；并利用此双极化天线构成了一个共点正交的四极化MIMO天线，此四极化MIMO天线由2个电偶极子天线和2个环天线构成。3.根据权利要求1所述的一种紧凑型双极化...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴大志，周浩，贾兴宁，
申请(专利权)人：中国传媒大学，
类型：发明
国别省市：北京;11