[发明专利]一种极近距离MIMO天线的超材料去耦方法

说明书

本发明涉及一种极近距离MIMO天线的超材料去耦方法，属于无线通信技术领域。本方法所述极近距离是指MIMO天线内部单元间距小于0.1λ，通过利用具有单负特性的超材料，设计制作超材料覆层结构，在MIMO天线的正上方垂直放置多层超材料覆层，降低MIMO天线之间的耦合，实现高隔离的极近距离MIMO天线，展宽天线隔离带宽。

技术领域

本发明涉及一种极近距离MIMO天线的超材料去耦方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着无线通信的飞速发展，未来的移动通信容量将呈指数倍增长，实现移动通信高速率大容量的传输是一项难题，而MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出系统)技术能够有效的解决这一难题，故MIMO技术受到了科研人员的广泛关注。MIMO技术指的是在输入端和输出端同时使用多个天线来接收和发射信号，能够在不增加工作带宽的情况下，提高信道容量。

但是在MIMO天线中，单元间的耦合是一个十分严重的问题，特别是在目前系统平台日益追求小型化的情况下，需要在有限的空间内安排多个天线，故需要让天线之间彼此靠的更近来减小空间，但天线靠的越近，耦合水平越高。单元间的耦合会导致天线失配，降低天线的辐射效率。在MIMO天线中，现存的去耦合方法包括中和线技术、无源去耦合网络及EBG(电磁带隙)技术等，但天线之间的距离绝大部分都比较远，大于0.1λ，且天线的工作带宽通常都较窄。

发明内容

本发明针对现有技术中的问题，为满足MIMO通信中小型化、高隔离、宽带宽的要求，提出一种极近距离MIMO天线的超材料去耦方法。本方法利用多层超材料覆层，降低MIMO天线之间的耦合，实现高隔离的极近距离MIMO天线，展宽天线隔离带宽；适用于包含多个天线单元的MIMO天线。

所述极近距离是指MIMO天线内部单元间距小于0.1λ。(λ为MIMO天线中心工作波长)

所述超材料在MIMO天线的工作频带范围内，具有单负特性(即负磁导率和正介电常数，或负介电常数和正磁导率)，广泛应用于各类微波器件中。

本发明方法具体包含如下步骤：

步骤一，设计超材料覆层结构。超材料覆层包含多个相同且中心对称的金属超材料单元，周期排列形成m×n(m>＝3,n>＝3)的阵列。相邻超材料单元之间无缝紧贴，超材料单元阵列的面积能覆盖MIMO天线的所有天线单元面积，利用超材料单元负磁导率接近0的频段范围进行MIMO天线的去耦合。

步骤二，在PCB(Printed Circuit Board)板上制作超材料覆层。按照步骤一所述的超材料覆层结构，在PCB板上覆铜制作超材料覆层。

步骤三，在MIMO天线的正上方垂直放置多层超材料覆层。每层超材料覆层的结构相同，面积能完全覆盖MIMO天线。距离MIMO天线最近的一层超材料覆层与MIMO天线的间距小于0.1λ，相邻两层超材料覆层的间距小于0.05λ，超材料覆层和MIMO天线之间以及相邻超材料覆层之间用介质柱支撑，支撑位置在不遮挡天线单元和超材料单元的前提下可任意选择。超材料覆层层数越多，隔离带宽会更宽，隔离效果会更好，但剖面高度更高，覆层层数根据需要的带宽、隔离效果、尺寸等因素选择。

有益效果

本发明利用多层超材料覆层有效实现MIMO天线单元的极近距离，降低了MIMO天线单元的耦合，展宽了天线的隔离带宽。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中的原始MIMO天线结构示意图；

图2是本发明具体实施方式中的超材料单元结构示意图；

图3是本发明具体实施方式中的超材料的磁导率特性曲线；