有源差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線研究

大規(guī)模MIMO天線技術(shù)作為5G無線通信的核心技術(shù)之一，其研究引起了極大的關(guān)注。為滿足通信系統(tǒng)集成化、高性能化和多功能化的要求，本項目結(jié)合差分饋電技術(shù)、天線小型化技術(shù)、有源集成和解耦技術(shù)，研究適用于5G無線通信的大規(guī)模MIMO集成天線，具有重要的工程意義和經(jīng)濟價值。差分電路廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)，為實現(xiàn)大規(guī)模MIMO集成天線，本課題引入了差分饋電技術(shù)。研究差分饋電寬帶天線的基本工作原理，總結(jié)基本設(shè)計方法，并提出系列差分饋電寬帶平面天線，包括差分饋電寬帶雙極化平面天線、改進(jìn)型差分饋電寬帶雙極化平面天線，差分饋電寬帶圓極化平面天線、改進(jìn)型的差分饋電寬帶圓極化平面天線和基于介質(zhì)基片集成波導(dǎo)的差分饋電雙極化雙頻/三頻天線。針對天線小型化，分別從降低天線高度和減小天線橫截面尺寸二個維度解決。提出了彎折線型人工磁導(dǎo)表面（AMC表面）和螺旋線型AMC表面，探討了AMC表面對不同極化的天線降低高度的作用，研究表明所提出的AMC表面可有效降低平面天線高度至少50%且與極化無關(guān)，并成功研制多個低剖面寬帶天線。另一方面，項目研究提出小型化寬帶雙極化天線，尺寸僅為0.464λ×0.464λ×0.35λ（λ是自由空間中2.2GHz頻點的波長），且其帶寬擴展至63.4%。在差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線實現(xiàn)方便進(jìn)行了一些探索研究，并針對密集排布的大規(guī)模MIMO天線的解耦問題，提出了“場對消法”，去互耦效果明顯，同時制作了天線模型進(jìn)行了實測驗證。本項目研究探索了差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線的基本理論與設(shè)計方法，對有源差分饋電集成天線設(shè)計提供參考，在天線單元小型化和大規(guī)模MIMO天線解耦方面取得技術(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篇國際學(xué)術(shù)會議論文，授權(quán)專利10項，特別是在天線的頂級期刊IEEE Transactions on Antennas and Propagation上面發(fā)表論文3篇。本研究對天線領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的科學(xué)意義，在移動通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

大規(guī)模MIMO天線技術(shù)是移動通信與天線領(lǐng)域的研究熱點，有源集成天線是移動通信基站的關(guān)鍵組件，差分饋電天線為差分射頻電路所必需。項目結(jié)合有源集成天線、差分饋電天線以及大規(guī)模MIMO技術(shù)，研究有源差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線，具有重要科學(xué)意義和工程實用價值。本項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，通過引入人工磁導(dǎo)（AMC）表面降低天線剖面，為大規(guī)模MIMO天線集成創(chuàng)造必要條件。具體研究內(nèi)容包括：1)有源差分饋電雙極化平面天線；2）基于AMC表面的有源差分饋電雙極化平面天線低剖面技術(shù)；3）有源差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線。本項目系統(tǒng)研究差分饋電天線、有源天線、寬帶AMC表面以及有源大規(guī)模MIMO集成天線的工作原理和實現(xiàn)方法。通過本項目實施，有望解決移動通信基站天線領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)問題，為有源差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線的實際工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。

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

近年來得到最大發(fā)展和注意的是有源相控陣天線，天線上集成了接收/發(fā)射(T/R)模塊。有源集成天線的使用，使很多無線電設(shè)備提高了性能，系統(tǒng)的損耗大大減少，信號噪聲比得到提高。有源集成天線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。有源集成天線使數(shù)字技術(shù)在天線中獲得了大量的應(yīng)用。近年來，迅猛發(fā)展的數(shù)字波束就是有源集成天線的又一應(yīng)用成果。