[发明专利]一种适用于5G通信的小型化宽频带天线

说明书

本发明公开了一种适用于5G通信的小型化宽频带天线，属于天线技术领域。它包括介质基板、设置于介质基板正面的共面波导馈电结构、主辐射体、第二、第三辐射体以及设置于介质基板背面的第一辐射体。该天线结构小型化特征明显，工作频带为3GHz‑30GHz，覆盖目前主流的多种5G通信频段，并覆盖现有的Wi‑MAX、W‑LAN、UWB等无线通信模式，为未来兼容多种复杂通信模式提供可靠保证，具有良好的应用前景。同时，将该天线作为单元组成的双单元及四单元MIMO天线分别采用交叉极化方向以及引入超材料结构单元的方法，在不增加天线单元尺寸的前提下，实现较高的隔离度。因此，可以在手机、手提电脑等小型化移动设备中得到广泛应用。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及5G(the FifthGeneration)通信多输入多输出(MIMO:Multiple-Input-Multiple-Output)天线技术领域以及超材料(Metamaterial)技术领域。

背景技术

近年来，随着移动通信技术的不断发展以及人们对高传输速率、稳定的通信质量以及多种复杂应用场景的迫切需求，5G通信已逐渐成为各国移动通信行业的研究热点，例如美国的思科、因特尔、欧盟的METIS、5GPP、NGMN、日本的ARIBAdHoc、韩国的5GForum、中国的IMT-2020等等。在保证设备成本的前提下，无线通讯的爆炸性增长需求对5G通信提出了一系列的要求：服务更多的用户、更高的传输速率、支持无限的连接和提供个性化体验，这对5G通信的带宽提出了更高的要求；另外，由于低频段(800MHz-3GHz)已被各种现有通信格式所占用，所以现有的低频段频谱资源已无法满足5G通信的要求。因此，现行的5G通信研究均将目光投向3GHz以上的频谱资源。例如，美国在2014年发布了关于24GHz以上频段用于先进移动业务的调查公告，公开讨论最适合5G发展的候选频段，遴选出了12个频段；欧盟于2012年开始着手研究6GHz-100GHz范围内频率划分、频谱分配以及使用情况，并分别于2013年和2014年公开发布了主题为5G频谱需求和使用原则的研究报告；英国在2015年公开发布征求意见稿，与业界探讨了适用5G系统的高频资源，并确定了6个潜在的5G频段；日本运营商NTTDocomo在2016年联合三星集团完成了28GHz频段下高速列车上5G通信的相关实验研究，同时该频带也是日本内务及通信产业省的5G网络指定候选频段之一；韩国近几年向国际组织提交了近10个6GHz以上的5G候选频段。近年来，在中国IMT-2020框架下，中国组织开展了5G频谱需求预测、候选频段选取、部分频段传播特性测量、电磁兼容分析等一系列研究工作。其中，由中国国家无线电监测中心和国家无线电频谱管理中心牵头，完成了面向2030年的5G频谱需求总量估算，开展了6GHz-100GHz候选频段优先级等研究工作。近期，中国还结合国内外研究新动态，进一步凝练了我国6GHz-100GHz高频段5G候选频段范围。除6GHz以上高频段的研究外，以中国移动、华为为首的国内5G研究团体还对3.5GHz附近频段的5G通信设备开展了研究，并于2016年成功推出了相关的实验样机。

由上述可见，3GHz-30GHz频段是未来5G通信的重要研究方向及发展趋势。作为无线通讯的重要组成部分，5G通信天线的研究会随之面临诸多的问题与挑战。由于人们日常生活的需要，5G天线需要同时满足多种不同的通信制式；此外，移动通讯设备小型化的趋势又对天线尺寸做出极大限制，如何在有限的空间内实现3GHz-30GHz这样极宽的工作频带是对所有研究人员提出的挑战，而现代移动通信对通信速率以及通信质量的要求使得MIMO技术成为5G天线中不可或缺的一部分，MIMO技术中天线单元数目的增加以及单元间高隔离度的要求给相关的研究带来进一步的挑战。

目前，由于超材料作为一种新型人工复合材料，具有如负介电常数、负磁导率、负折射率等诸多自然界中的材料所不具有的特异电磁特性，在天线领域得到广泛的关注及研究。在MIMO天线的设计中，通过引入超材料结构单元，可以在不影响天线性能的前提下，有效地提升天线单元间的隔离度，从而实现MIMO天线的小型化和宽频带，已成为相关领域的一大研究热点。

发明内容