[发明专利]天线阵列的去耦方法及具有新型去耦结构的天线阵列

说明书

本发明公开了一种具有新型去耦结构的天线阵列，在天线阵列上方设置有超表面覆层，所述超表面覆层通过介质支撑柱支撑，覆盖于天线阵列上方，所述超表面覆层包括介质基板和设置于介质基板的单元结构，所述单元结构用于调节介电常数，所述超表面覆层的等效介电常数为15‑45。通过调节超表面覆层的单元结构的尺寸和间距调节超表面覆层的介电常数，通过调节超表面覆层的单元结构的尺寸和间距，及超表面覆层与阵列天线的高度，消除天线单元间的耦合。天线阵列各单元之间的耦合能够有效降低到20或25分贝以下，从而将天线单元的辐射效率提高10%以上。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体地涉及一种天线阵列的去耦方法及具有新型去耦结构的天线阵列，尤其适用于多输入多输出(MIMO)系统中，改善天线阵列中各天线单元之间耦合性能，提高单元之间的隔离度。

背景技术

随着移动通信系统的快速发展，射频频谱资源日益短缺，如何提供更高质量、更快速的通信服务成为第五代移动通信系统(5G)中的研究热点。在此背景下，已经提出许久的多输入多输出(MIMO)通信技术成为了5G系统中的关键技术。

多输入多输出(MIMO)技术是指在发射端和接收端同时使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端和接收端的多个天线发射和接收。因此，多输入多输出技术能够在不额外增加通信频带和发射功率的情况下，实现高速、大容量的数据传输，显著的提高系统数据吞吐率和信道容量。在多输入多输出(MIMO)系统中，天线起着至关重要的作用，因为天线的特征固有地包含在发射器和接收器之间的通信信道中。

技术是基于天线阵列而言的，随着对信道容量需求的不断增长，大规模MIMO技术将会成为5G系统的核心，并且紧凑密集的阵列将促进这一进程。然而，无论是5G基站，或是移动终端中，由于空间限制，随着天线数量的增加，天线单元之间的间距相对较小，造成单元之间会形成强烈的互相耦合。在特定的空间内，天线单元数量越多，单元之间的耦合更强，会导致：

（1）空间相关性的增加；

（2）辐射效率的降低；

（3）单元增益的下降；

（4）信噪比的恶化；

（5）信道容量的减小。

综上所述，在有限的空间内，在MIMO系统中如何有效的减小天线单元之间的耦合，提高单元之间的隔离度，并保证原天线的辐射性能，成为了业界研究的热点。

现有的天线阵列的去耦方法通常采用去耦网络的方法来降低耦合对阵列天线的影响。公告号为CN 110416726 A的专利公开了一种多频去耦网络结构及多频阵列天线，多频去耦网络结构包括至少两个去耦网络层，其中，每一去耦网络层分别用于消除上述多频阵列天线的多个工作频段中相应一个工作频段的天线阵元之间的电磁耦合；上述至少两个去耦网络层以层叠方式堆叠，多个所述天线阵元设置于所述多频阵列天线接地板的一侧，所述多频去耦网络结构设置于所述多频阵列天线接地板的另一侧。实现了对每一工作频段的天线阵元之间的电磁耦合进行有效消除。但是，在天线中设置去耦组件一方面会增加天线设计的复杂度，另一方面还会增加天线的整体尺寸。

超表面是指一种厚度小于波长的人工层状材料组成的二维阵列平面，由具有特定几何形状的单元周期性或非周期性地排列所构成的超材料结构单元组成。超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。例如公告号为CN106099342 A的专利公开了一种超材料覆层双频相控阵列天线，包括覆层结构及天线阵列，覆层结构由M×N个周期排列的矩形蘑菇型覆层组成，天线阵列由周期排列的缝隙耦合天线组成，缝隙耦合天线的个数与矩形蘑菇型覆层的个数相同，每个缝隙耦合天线位于每个矩形蘑菇型覆层的垂直方向下方。解决了传统相控阵列天线在两个频段内无法同时实现较高的增益及不能实现大角度扫描的问题，天线可以实现多频段工作、低频对高频扫描补偿，使得扫描角度大大提升，在布阵方向上几乎没有扫描盲区。

发明内容