[发明专利]一种基于天线哑元的MIMO阵列天线波束优化装置及方法

说明书

本公开提供了一种基于天线哑元的MIMO阵列天线波束优化装置，包括：MIMO阵列天线，包括：若干个辐射天线单元，该若干个辐射天线单元用于电磁信号的辐射或接收；多个第一天线哑元，用于抑制相邻辐射天线单元间的互耦强度；多个第二天线哑元，用于抑制每个辐射天线单元的表面波。本公开还提供了一种基于天线哑元的MIMO阵列天线波束优化方法。

技术领域

本公开涉及天线技术领域，具体涉及一种基于天线哑元的MIMO 阵列天线波束优化装置及方法。

背景技术

MIMO阵列天线由于通道数量多、空间自由度大、信道容量多等特点，一直广泛应用于目标探测、数据传输通信等领域。而随着轻小型平台的发展，高密度集成度、小型化的MIMO阵列天线成为目前发展的重要方向，高密度集成MIMO阵列天线多将天线与射频通道进行一体化集成从而大幅降低尺寸、体积等，但高集成度导致MIMO天线单元、子阵间耦合严重，方向图波束畸变，有源器件造成天线方向图畸变进一步恶化，带宽变窄，这些问题严重制约着其在雷达、通信等各个领域的应用，也成为目前科研人员的研究热点。

近年来，科研人员投入了大量的研究工作，且提出了几种解决阵列天线互耦的设计方法，但现有技术中解决阵列天线互耦的方法存在以下缺陷：

(1)传统的解耦结构尺寸较大，多利用于收发天线之间，用于收发天线间耦合的抑制，无法应用到MIMO阵列天线单元或子阵间；

(2)新研究的电磁带隙结构(EBG)等平面结构结构由于含有通孔结构，给多层介质板加工带来了难度，不利于与高密度集成方案中天线与射频的板级集成。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种基于天线哑元的MIMO阵列天线波束优化装置及方法，对高密度集成的平面阵列天线波束进行优化，该装置适用于高密度集成的平面阵列天线能够改善背接有源电路及阵列单元排布紧凑带来的性能恶化问题，同时具有易加工实现、低剖面等优势，通过利用优化后的单元哑元排布在馈电辐射单元外，优化天线辐射单元电磁边界，减小因为电磁边界不对称造成的方向图畸变。

本公开的第一个方面提供了一种基于天线哑元的MIMO阵列天线波束优化装置，包括：MIMO阵列天线，包括：若干个辐射天线单元，所述若干个辐射天线单元用于电磁信号的辐射或接收；多个第一天线哑元，用于抑制相邻辐射天线单元间的互耦强度；多个第二天线哑元，用于抑制每个辐射天线单元的表面波。

进一步地，多个第一天线哑元及多个第二天线哑元分别设置于若干个辐射天线单元的周围且不相互重叠。

进一步地，多个辐射天线单元的间距大于一个波长，该波长为该辐射天线单元的工作频率所对应的波长。

进一步地，每个辐射天线单元与其周边设置的多个第二天线哑元的间距大于等于半个波长且小于一个波长，多个第一天线哑元与多个第二天线哑元的间距小于每个辐射天线单元与其周边设置的多个第二天线哑元的间距。

进一步地，每个第一天线哑元与每个第二天线哑元的尺寸不同。

进一步地，多个第一天线哑元的尺寸小于辐射天线单元的尺寸，多个第二天线哑元的尺寸与辐射天线单元的尺寸一致。

进一步地，多个第一天线哑元的尺寸为辐射天线单元的尺寸的二分之一。

进一步地，多个第一天线哑元与多个第二天线哑元均由金属材料构成。

进一步地，若干个辐射天线单元均为基于MIMO阵列的同轴通孔馈电微带贴片天线。

本公开的第二个方面提供了一种基于天线哑元的MIMO阵列天线波束优化方法，包括：构建MIMO阵列天线，该MIMO阵列天线包括若干个辐射天线单元；采用多个第一天线哑元及多个第二天线哑元分别设置于辐射天线单元间的四周，其中，多个第一天线哑元用于抑制相邻辐射天线单元间的互耦强度，多个第二天线哑元用于抑制每个辐射天线单元的表面波。