[发明专利]一种用于多场景MIMO通信的低剖面天线墙及其设计方法

权利要求书

1.一种用于多场景MIMO通信的低剖面天线墙，其特征在于，所述低剖面天线墙由若干个阻抗单元阵列而成，每个阻抗单元包括由上至下的阻抗调节层(1-2)、介质层(1-5)和接地层(1-6)；

阻抗调节层(1-2)阵列形成阻抗调节板(1-7)，介质层(1-5)阵列形成介质基板(1-3)，接地层(1-6)阵列形成天线接地板(1-4)；

阻抗调节层(1-2)具有容性电阻，通过调节间隙调节对应的单元阻抗，用于通过不同的阻抗单元来实现表面波的激励；

在天线接地板(1-4)的下表面上预制有外接端口(1-1)。

2.根据权利要求1所述的一种用于多场景MIMO通信的低剖面天线墙，其特征在于，外接端口(1-1)沿着介质基板(1-3)的水平轴线性排列。

3.根据权利要求2所述的一种用于多场景MIMO通信的低剖面天线墙，其特征在于，当外接端口(1-1)设置为四个端口时，距离介质基板(1-3)中心的距离分别为40mm、24mm、24mm、40mm。

4.权利要求1所述的低剖面天线墙的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、首先确定来波主要的传播路径，天线作为接收端时具有主瓣-90至90°的角度范围的来波角度功率分布；

S2、根据来波角度功率分布进行接收计算，选取基函数系，用基函数系对天线口面上的电流分布进行展开，并分析低剖面天线墙对应的等效电流分布，计算出满足需求的展开系数矩阵；

S3、根据展开系数矩阵得到统计最优方向图的空间角度分布；

S4、根据统计最优方向图的空间角度分布得到对应端口的方向图主瓣分布，通过表面波天线的全息映射关系，计算阻抗调节层(1-2)对应的表面阻抗分布，设计出低剖面天线墙。

5.根据权利要求4所述的低剖面天线墙的设计方法，其特征在于，S2具体为：

首先选取基函数系，用基函数系对天线口面上的电流分布进行展开，并通过与并矢格林函数积分得到第m个特征模式对应电流分布的远场方向图

其中B_nm是第m个特征模式对应电流分布用基函数展开的权重，为远场并矢格林函数，Ω为立体角，为源位置坐标向量；为第n个基函数对应的远场方向图；

根据来波角度功率分布得到天线端口处接收电压v_m：

根据天线端口处接收电压v_m计算出天线端口电压的协方差矩阵R：

其中为来波的功率角度谱，n，q为基函数序号，m，q为天线端口编号；

记上式中积分为C_nq，协方差的矩阵表示形式R＝B^TCB^*；

考虑到辐射功率归一化条件以及增益限制条件，用b_m表示B的第m列，则得到：

其中A表示基函数系阻抗矩阵的实部，η₀为自由空间波阻抗；

向矩阵A引入热损耗电阻R_L实现对增益的限制，令P_d表示为馈给天线阵列的总功率，包含辐射功率和损耗功率，通过将展开系数矩阵B用计算，得到满足上述两个条件的最优解B；

其中ξ_M为矩阵的特征值分解中对应最大的M个特征值的特征向量矩阵。

6.根据权利要求5所述的低剖面天线墙的设计方法，其特征在于，n，q的范围均为1至121，m，q为范围均为1至4。

7.根据权利要求4所述的低剖面天线墙的设计方法，其特征在于，S2具体为：

基函数系选取方形脉冲基函数系，其中方形脉冲基函数系表示为：

其中x_n，y_n为第n个基元中心的直角坐标分量，Δ＝天线墙口径大小/(2·基函数系阶数)。