一种无线通信用时间反演亚波长阵列天线制造技术

一种无线通信用时间反演亚波长阵列天线，属于天线技术领域。由多个相同的天线单元层叠而成，相邻两个单元天线之间的间距小于1/2工作波长λ。介质基板正面的金属贴片包括桃形辐射单元，桃形辐射单元由一个等腰三角形金属贴片和一个半椭圆形金属贴片构成，辐射单元贴片上均匀刻蚀有26个桃形小孔。辐射单元采用特性阻抗为50欧姆的微带线馈电，半椭圆形金属贴片部分通过梯形过渡微带线与微带馈线相连。介质基板背面的金属贴片为金属地板，金属地板上对称刻蚀有14个半椭圆形小孔。本实用新型专利技术应用于时间反演的时域通信移动终端，各天线单元信道相对独立，邻道干扰极低，能够支持更高的数据传输率、更高的频谱利用率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于天线
，涉及一种天线单元间距工作于亚波长的阵列天线，具体涉及一种用于无线通信终端的时间反演亚波长阵列天线。
技术介绍
提高移动通信系统的通信容量和通信速率是移动通信追求的目标。随着个人业务需求的不断增长，移动终端面临着通信容量和通信速率亟待提高的巨大需求。在移动终端 上设计多个天线单元，增加独立的无线信道数量是未来移动通信提高移动终端通信性能的主要手段之一。根据传统理论，为使多天线系统(阵列天线)获得良好的空间分集增益和空间复用增益，要求天线单元间距不小于半个工作波长。如果在有限空间内使得天线单元间距远小于半个工作波长，将导致单元间的耦合增大，各天线对应的无线信道的相关性大大提高，导致移动终端系统的通信容量和通信速率极大地降低，严重损害了通信质量，从而失去了引入多天线系统的意义。尽管人们对天线单元小型化进行了诸多研究，由于移动终端平台的尺寸有限，要将多个用于不同信道的天线集成在移动终端上，所占用的空间仍然较大。随着时间反演技术的日益成熟，利用时间反演电磁波自适应的空间、时间同步聚焦特性，可以解决许多传统方法无法解决的难题。时间反演(Time Reversal)需要在信源的附近布置散射体以构成多径信道。发射信号经过散射体散射后由远场放置的时间反演镜(TRM)接收，接收到的信号经过时间反演后，再重新发射。重发射的信号就可以在源点附近实现空间与时间聚焦。1991年，D. R. Jackson与D. R. Dowling发表题为“Phase conjugationin underwater acoustics” 的文章(J. Acoust. Soc. Amer.，vol. 89，pp. 171-181),文中对对时间反演在“标量波”传输情况下所具有的聚焦特性给予了理论证明。2004年，G. Ierosey等人发表题为“Time Reversal of electromagnetic waves”的文章(Phys. Rev.Lett.，vol. 92，pp. 1939041),文中首次实验验证了 “时间反演电磁波”同样具有空时聚焦特性。2007 年,R. Carminati 等人发表题为 “Theory of the time reversal cavity forelectromagnetic fields” 的文章(Optics Lett. , vol. 32, Nov. 2007),文中使用并矢格林函数对时间反演“矢量电磁波”的聚焦性进行了证明。同样在2007年G. Lerosey等人的在《Science》发表题为 “Focusing beyond the diffraction limit with far-field timereversal” 的文章(Science, vol. 315, pp. 1119-1122，Feb. 2007.),文中给出了一种亚波长阵列天线，它由随机分布的金属丝包围在同轴探针周围构成。这种阵列天线结合时间反演电磁波在封闭的金属腔内，工作在2. 45GHz，可以展示出1/30波长的超分辨率聚焦特性。这些成果目前还仅限于实验阶段，时间反演阵列天线的带宽也有待提高，但它已经初步展示了亚波长超分辨率天线阵列的可实现性。2011年王秉中等人提出了“一种无线移动终端用时间反演亚波长阵列天线”(专利申请号=201110066620. I ;申请公布日=2011.06. 29 ;专利技术人王秉中，葛广顶，臧锐)，同样可以展示远场亚波长超分辨率聚焦特性。相比2007年《Science》文章中提出的天线阵列，该阵列以平面单极子为单元，结构较为紧凑，易于设计和集成，单元尺寸(宽X高)大小为50mmX 55mm，工作频率范围为2. 7 6. 7GHz，阻抗带宽(Sll的值小于-IOdB或电压驻波比VSWR小于2)约为4GHz。但是，从该专利说明书附图4可见，其专利技术的亚波长阵列天线单元阻抗带宽不大，在2. 7飞.7GHz频率范围内并非所有频率对应的电压驻波比VSWR小于2，因此在一定程度上限制了该阵列天线的工作频率适用范围。本技术旨在基于时间反演电磁波的远场超分辨率聚焦特性，研究信道相互独立、间距远小于波长的亚波长微结构天线阵列，为用于高性能移动终端的亚波长微结构天线阵列设计提供最佳的阵列结构、高效高精度的设计方法。
技术实现思路
·为了有效缩减时间反演阵列天线单元之间的间距，减小阵列天线占用的空间体积，本技术提供一种无线通信用时间反演亚波长阵列天线。该阵列天线工作频带内每个天线单元输入端口电压驻波比小于2，相邻两个阵列单元的间距小于1/2工作波长(波长以中心频率计算)，具有体积小、生产成本低、性能好、易于集成的优点。本技术技术方案为一种无线通信用时间反演亚波长阵列天线，如图I所示，由多个相同的天线单元层叠而成，相邻两个天线单元之间的间距小于1/2工作波长λ。每个天线单元如图2、3所示，包括矩形介质基板和位于矩形介质基板正反面的金属贴片。正面金属贴片如图2所示，包括一个桃形辐射单元，所述桃形辐射单元由一个等腰三角形金属贴片和一个半椭圆形金属贴片连接而成，其中半椭圆形金属贴片的长轴与等腰三角形金属贴片的底边长度相等且相互重合；在桃形辐射单元上，由上至下均匀刻蚀有26个桃形小孔，其中桃形小孔的形状与整体桃形辐射单元形状相似、但方向相反；桃形辐射单元中半椭圆形金属贴片的短轴下端通过一段宽度逐渐变宽的梯形过渡微带线与一段特性阻抗为50欧姆的微带馈线相连，特性阻抗为50欧姆的微带馈线末端位于矩形介质基板短边中心处。背面金属贴片为金属地板，如图3所示，形状为半椭圆形；半椭圆形金属地板在矩形介质基板背面的位置与特性阻抗为50欧姆的微带馈线在矩形介质基板正面的位置相对应；半椭圆形金属地板的长轴与矩形介质基板的宽度相等且与矩形介质基板的一个宽边重合，半椭圆形金属地板的高度小于特性阻抗为50欧姆的微带馈线加上梯形过渡微带线的总长度；半椭圆形金属地板上靠近椭圆弧边缘的区域左右对称地刻蚀有14个半椭圆形小孔，其中半椭圆形小孔的形状与整体半椭圆形金属地板形状相似、但方向相反。本技术依据时间反演电磁波在高密度阵列天线单元间的耦合及单元附近的谐振特性，实现具有高空间分辨率的高密度集成亚波长阵列天线，提出了一种在空间有限的移动终端上实现高密度多天线系统集成问题的有效解决方案，探索新一代高性能移动通信网中的空间超分辨率特性的多天线集成系统的设计方法，以提高多天线系统的空间复用增益与空间分集增益等性能。与现有的移动终端天线系统相比，该亚波长阵列天线能够支持更高的数据传输率、更高的频谱利用率、更高的信息安全性以及更大的灵活性，很大程度上提高了移动终端的通信容量及通信速率。尽管亚波长阵列天线单元之间的间距小于、甚至远小于半个波长，但结合时间反演电磁波所具有空间超分辨率特性，可以极大抑制极近距离天线之间的互耦。在多天线无线移动终端通信系统平台有限的空间中，阵列天线中的单元数目相比传统天线单元数目迅速膨胀，进而使得通信速率、通信容量迅速提高。本技术应用在实际通信时，不需要对信号进行复杂的处理，仅仅是简单的反演处理，即可以展示出超分辨率特性，整个过程实现起来便捷，易于工程实现。特别需要指出，由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线通信用时间反演亚波长阵列天线，由多个相同的天线单元层叠而成，相邻两个天线单元之间的间距小于1/2工作波长λ；每个天线单元包括矩形介质基板和位于矩形介质基板正反面的金属贴片；其特征在于：正面金属贴片包括一个桃形辐射单元，所述桃形辐射单元由一个等腰三角形金属贴片和一个半椭圆形金属贴片连接而成，其中半椭圆形金属贴片的长轴与等腰三角形金属贴片的底边长度相等且相互重合；在桃形辐射单元上，由上至下均匀刻蚀有26个桃形小孔，其中桃形小孔的形状与整体桃形辐射单元形状相似、但方向相反；桃形辐射单元中半椭圆形金属贴片的短轴下端通过一段宽度逐渐变宽的梯形过渡微带线与一段特性阻抗为50欧姆的微带馈线相连，特性阻抗为50欧姆的微带馈线末端位于矩形介质基板短边中心处；背面金属贴片为金属地板的形状为半椭圆形；半椭圆形金属地板在矩形介质基板背面的位置与特性阻抗为50欧姆的微带馈线在矩形介质基板正面的位置相对应；半椭圆形金属地板的长轴与矩形介质基板的宽度相等且与矩形介质基板的一个宽边重合，半椭圆形金属地板的高度小于特性阻抗为50欧姆的微带馈线加上梯形过渡微带线的总长度；半椭圆形金属地板上靠近椭圆弧边缘的区域左右对称地刻蚀有14个半椭圆形小孔，其中半椭圆形小孔的形状与整体半椭圆形金属地板形状相似、但方向相反。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁木生，王秉中，葛广顶，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：