有源差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線(xiàn)研究

大規(guī)模MIMO天線(xiàn)技術(shù)作為5G無(wú)線(xiàn)通信的核心技術(shù)之一，其研究引起了極大的關(guān)注。為滿(mǎn)足通信系統(tǒng)集成化、高性能化和多功能化的要求，本項(xiàng)目結(jié)合差分饋電技術(shù)、天線(xiàn)小型化技術(shù)、有源集成和解耦技術(shù)，研究適用于5G無(wú)線(xiàn)通信的大規(guī)模MIMO集成天線(xiàn)，具有重要的工程意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。差分電路廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模MIMO集成天線(xiàn)，本課題引入了差分饋電技術(shù)。研究差分饋電寬帶天線(xiàn)的基本工作原理，總結(jié)基本設(shè)計(jì)方法，并提出系列差分饋電寬帶平面天線(xiàn)，包括差分饋電寬帶雙極化平面天線(xiàn)、改進(jìn)型差分饋電寬帶雙極化平面天線(xiàn)，差分饋電寬帶圓極化平面天線(xiàn)、改進(jìn)型的差分饋電寬帶圓極化平面天線(xiàn)和基于介質(zhì)基片集成波導(dǎo)的差分饋電雙極化雙頻/三頻天線(xiàn)。針對(duì)天線(xiàn)小型化，分別從降低天線(xiàn)高度和減小天線(xiàn)橫截面尺寸二個(gè)維度解決。提出了彎折線(xiàn)型人工磁導(dǎo)表面（AMC表面）和螺旋線(xiàn)型AMC表面，探討了AMC表面對(duì)不同極化的天線(xiàn)降低高度的作用，研究表明所提出的AMC表面可有效降低平面天線(xiàn)高度至少50%且與極化無(wú)關(guān)，并成功研制多個(gè)低剖面寬帶天線(xiàn)。另一方面，項(xiàng)目研究提出小型化寬帶雙極化天線(xiàn)，尺寸僅為0.464λ×0.464λ×0.35λ（λ是自由空間中2.2GHz頻點(diǎn)的波長(zhǎng)），且其帶寬擴(kuò)展至63.4%。在差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)方便進(jìn)行了一些探索研究，并針對(duì)密集排布的大規(guī)模MIMO天線(xiàn)的解耦問(wèn)題，提出了“場(chǎng)對(duì)消法”，去互耦效果明顯，同時(shí)制作了天線(xiàn)模型進(jìn)行了實(shí)測(cè)驗(yàn)證。本項(xiàng)目研究探索了差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線(xiàn)的基本理論與設(shè)計(jì)方法，對(duì)有源差分饋電集成天線(xiàn)設(shè)計(jì)提供參考，在天線(xiàn)單元小型化和大規(guī)模MIMO天線(xiàn)解耦方面取得技術(shù)進(jìn)步。圍繞這些研究工作，本課題共發(fā)表SCI期刊論文11篇，6篇國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議論文，授權(quán)專(zhuān)利10項(xiàng)，特別是在天線(xiàn)的頂級(jí)期刊IEEE Transactions on Antennas and Propagation上面發(fā)表論文3篇。本研究對(duì)天線(xiàn)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的科學(xué)意義，在移動(dòng)通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

大規(guī)模MIMO天線(xiàn)技術(shù)是移動(dòng)通信與天線(xiàn)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，有源集成天線(xiàn)是移動(dòng)通信基站的關(guān)鍵組件，差分饋電天線(xiàn)為差分射頻電路所必需。項(xiàng)目結(jié)合有源集成天線(xiàn)、差分饋電天線(xiàn)以及大規(guī)模MIMO技術(shù)，研究有源差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線(xiàn)，具有重要科學(xué)意義和工程實(shí)用價(jià)值。本項(xiàng)目在充分的前期研究基礎(chǔ)之上，提出了具有平面結(jié)構(gòu)的雙極化有源差分饋電天線(xiàn)，通過(guò)引入人工磁導(dǎo)（AMC）表面降低天線(xiàn)剖面，為大規(guī)模MIMO天線(xiàn)集成創(chuàng)造必要條件。具體研究?jī)?nèi)容包括：1)有源差分饋電雙極化平面天線(xiàn)；2）基于AMC表面的有源差分饋電雙極化平面天線(xiàn)低剖面技術(shù)；3）有源差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線(xiàn)。本項(xiàng)目系統(tǒng)研究差分饋電天線(xiàn)、有源天線(xiàn)、寬帶AMC表面以及有源大規(guī)模MIMO集成天線(xiàn)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)本項(xiàng)目實(shí)施，有望解決移動(dòng)通信基站天線(xiàn)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，為有源差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線(xiàn)的實(shí)際工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。

有源集成天線(xiàn)，工作元件不全是被動(dòng)的元器件，而是有源器件（如晶體管，集成電路放大器等）的天線(xiàn)。

近年來(lái)得到最大發(fā)展和注意的是有源相控陣天線(xiàn)，天線(xiàn)上集成了接收/發(fā)射(T/R)模塊。有源集成天線(xiàn)的使用，使很多無(wú)線(xiàn)電設(shè)備提高了性能，系統(tǒng)的損耗大大減少，信號(hào)噪聲比得到提高。有源集成天線(xiàn)的輻射或接收方向圖可快速變換，使雷達(dá)波束的掃描變得很方便。有源集成天線(xiàn)使數(shù)字技術(shù)在天線(xiàn)中獲得了大量的應(yīng)用。近年來(lái)，迅猛發(fā)展的數(shù)字波束就是有源集成天線(xiàn)的又一應(yīng)用成果。