專利名稱：用于共位極化分集mimo系統(tǒng)的參考天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種可用作共位放置、基于極化分集技術(shù)多輸入多輸出(Multiple-Input-Multiple-Output, ΜΙΜΟ)系統(tǒng)參考天線的電偶極子和磁偶極子雙單元。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(MMO)技術(shù)是下一代無線通信系統(tǒng)的重要組成部分，該技術(shù)能夠在無須增加額外頻譜和發(fā)射功率的情況下顯著提高信道容量和系統(tǒng)性能。近年來，基于極化分集技術(shù)的共位多天線因其優(yōu)良的空間緊湊性而倍受關(guān)注，人們對其用作MMO系統(tǒng)終端天線的可能性作了嘗試性探索。然而已報道的該類多天線結(jié)構(gòu)大多為極化分集與方向圖分集共存，單純因極化分集帶來的系統(tǒng)性能和通信質(zhì)量提升例如天線單元隔離度、信道容量、分集増益等尚無方法進行評估。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種單純基于極化分集技術(shù)的雙天線系統(tǒng)，分別由普通電偶極子和多點饋點電小環(huán)共位放置，由于雙天線完全相同的波瓣圖和完全正交的極化遠場，能夠在エ作頻率附近獲得極低的天線單元相關(guān)度和大幅提高的信道容量和分集増益，從而大幅提高MIMO通信系統(tǒng)的通信傳輸速率和穩(wěn)定性。因此，該雙天線系統(tǒng)可以作為ー種參考天線，其各參數(shù)指標可用于評估未來基于極化分集技術(shù)設(shè)計的共位MIMO天線的性能。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種用于共位極化分集MMO系統(tǒng)參考天線，包括多點饋電環(huán)天線(01)和電偶極子天線(02);多點饋電環(huán)天線(01)由正方形橫截面的空心銅管(03)繞制ー圈而成，該空心銅管(03)被4個饋電間隙分為等長度的四段圓弧，各段圓弧都連接一段由相同空心銅管構(gòu)成的徑向臂，并在圓形環(huán)的圓心處會聚；弧形風車狀的銅質(zhì)饋電線(05)位于空心銅管
(03)的中部；同軸饋電探針的內(nèi)芯探針(06)與銅質(zhì)饋電線(05)焊接，而法蘭盤(07)與空心銅管(03)的外壁焊接；電偶極子天線(02)的兩臂由金屬細銅絲構(gòu)成，分別焊接在標準硬同軸線(08)的內(nèi)芯和標準硬同軸線(08)的金屬外売上，標準硬同軸線(08)的外殼包裹了一段銅管并在末端與外殼相焊接構(gòu)成巴侖(09);多點饋電環(huán)天線(01)和電偶極子天線(02)緊鄰放置，多點饋電環(huán)天線(01)的中心軸線和空心銅管(03)分別與電偶極子天線
(02)的金屬臂和標準硬同軸線(08)相平行。所述的用于共位極化分集MIMO系統(tǒng)參考天線，多點饋電環(huán)天線(01)的內(nèi)半徑R為λ/9. 97，空心銅管(03)直徑D1* λ/29. 1，饋電間隙的寬度g為λ/174. 4，銅質(zhì)饋電線
(05)的直徑Df為λ/58. 1，弧形段的繞制弧度Θ為60. 5° ;電偶極子天線(02)金屬絲直徑a為λ/290，兩臂總長L為λ/2，巴侖(09)長度Lb為λ/4. 2;電偶極子天線(02)的金屬臂與多點饋電環(huán)天線天線(01)的中軸線的距離d為λ/34. 9。本發(fā)明具有構(gòu)造方法簡單、単元相關(guān)度極低、信道容量和分集増益高等優(yōu)點，可以作為ー種參考天線，其各參數(shù)指標可用于評估未來基于極化分集技術(shù)設(shè)計的共位MIMO天線的性能。


圖I為本發(fā)明電磁偶極子雙單元的構(gòu)造圖，1-1為俯視圖，1-2為剖面圖(沿圖中A-A剖切)。圖2為本發(fā)明電磁偶極子雙單元仿真和測試的S參數(shù)及包絡(luò)相關(guān)系數(shù)曲線。圖3為本發(fā)明電磁偶極子雙單元的方向圖。圖4為本發(fā)明計及天線效率的實測包絡(luò)相關(guān)系數(shù)、有效分集増益與信道容量。
具體實施例方式請參見圖I所示的本發(fā)明參考天線的一較佳實例。該天線可設(shè)計于任一工作頻率上，該工作頻率可依據(jù)使用者需求選用。為方便說明，本示例選用860MHz作為天線的工作頻率加以說明。該參考天線由兩個基本天線單元構(gòu)成，分別為多點饋電環(huán)天線01和電偶極子天線02,多點饋電環(huán)天線01由空心銅管03和銅質(zhì)饋電線05構(gòu)成。多點饋電環(huán)天線01的內(nèi)半徑R為λ /9. 97，由正方形橫截面的空心銅管03繞制ー圈而成，空心銅管03邊長D1為λ/29. 1，空心銅管03被4個饋電間隙分為等長度的四段圓弧，各段圓弧都連接一段由相同空心銅管構(gòu)成的徑向臂，并在圓形環(huán)的圓心處會聚，空心銅管03之間的饋電間隙04的寬度g為λ /174. 4，弧形風車狀的銅質(zhì)饋電線05位于環(huán)形空心銅管03的中部，其直徑Df為λ/58. I，弧形段的繞制弧度Θ為60.5。。同軸饋電探針的內(nèi)芯探針06與銅質(zhì)饋電線05焊接，而法蘭盤07與空心銅管03的外壁焊接。電偶極子天線02兩臂由金屬細銅絲構(gòu)成，兩臂分別焊接在標準硬同軸線08的內(nèi)芯和標準硬同軸線08的金屬外売上，銅絲直徑a為λ/290，兩臂總長L為λ/2。電偶極子天線02由標準硬同軸線08饋電，硬同軸線08的外殼包裹了ー層銅管并在末端與外殼相焊接構(gòu)成了一個巴侖09，其長度Lb為λ/4. 2。多點饋電環(huán)天線01和電偶極子天線02緊鄰放置，電偶極子天線02的金屬臂與多點饋電環(huán)天線01的中軸線平行，其間距d為λ /34. 9，電偶極子天線02的硬同軸線08與巴侖09放在多點饋電環(huán)天線01上，多點饋電環(huán)天線01和電偶極子天線02之間可用極薄的泡沫層隔開以保證絕緣。在該實例中，由于采用了適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)選擇，電偶極子與環(huán)天線(也就是等效磁偶極子)具有形狀完全相同的遠場波瓣圖和完全正交的遠區(qū)電磁場，因而兩天線即使在間距非常近的情況下也能夠保持非常低的相關(guān)性，從而獲得很高的多天線分集或復用性倉^:。該參考天線的實測S參數(shù)和包絡(luò)相關(guān)系數(shù)如圖2所示,可見在860MHz的工作頻點上雙天線反射系數(shù)小于_30dB，天線得到了非常好的匹配，傳輸系數(shù)基本上在-40dB以下，単元之間隔離程度很高，在未考慮天線效率的條件下計算出的該工作頻點的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)僅為O. 018。該參考天線在xoz和xoy兩個平面上的輻射方向圖分別在圖3(a)和(b)中給出，從圖中可以看出，兩天線単元都具有完全相同的經(jīng)典偶極子方向圖，即豎直平面(xoz平 面)內(nèi)的倒8字和水平平面(xoy平面)的全向輻射特性，其遠區(qū)電磁場完全正交，各自的交叉極化非常低。該參考天線在工作頻率附近的幾個重要指標，即計及天線效率在內(nèi)的最大包絡(luò)相關(guān)系數(shù)Praiax、有效分集増益與信道容量在圖4(a)和(b)中給出，從圖中可以看出，參考天線的在工作頻點上獲得了極低的最大包絡(luò)相關(guān)系數(shù)和理想的有效分集増益及信道容量。應當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于共位極化分集MIMO系統(tǒng)參考天線，其特征在于，包括多點饋電環(huán)天線(01)和電偶極子天線(02);多點饋電環(huán)天線(01)由正方形橫截面的空心銅管(03)繞制ー圈而成，該空心銅管(03)被4個饋電間隙分為等長度的四段圓弧，各段圓弧都連接一段由相同空心銅管構(gòu)成的徑向臂，并在圓形環(huán)的圓心處會聚；弧形風車狀的銅質(zhì)饋電線(05)位于空心銅管(03)的中部；同軸饋電探針的內(nèi)芯探針(06)與銅質(zhì)饋電線(05)焊接，而法蘭盤(07)與空心銅管(03)的外壁焊接；電偶極子天線(02)的兩臂由金屬細銅絲構(gòu)成，分別焊接在標準硬同軸線(08)的內(nèi)芯和標準硬同軸線(08)的金屬外売上，標準硬同軸線(08)的外殼包裹了一段銅管并在末端與外殼相焊接構(gòu)成巴侖(09);多點饋電環(huán)天線(01)和電偶極子天線(02)緊鄰放置，多點饋電環(huán)天線(01)的中心軸線和空心銅管(03)分別與電偶極子天線(02)的金屬臂和標準硬同軸線(08)相平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于共位極化分集MIMO系統(tǒng)參考天線，其特征在于，多點饋電環(huán)天線(01)的內(nèi)半徑R為λ/9.97，空心銅管(03)直徑D1* λ/29. 1，饋電間隙的寬度g為λ/174. 4，銅質(zhì)饋電線(05)的直徑Df為λ/58. I，弧形段的繞制弧度Θ為60. 5° ;電 偶極子天線(02)金屬絲直徑a為λ /290，兩臂總長L為λ /2，巴侖(09)長度Lb為λ /4. 2 ；電偶極子天線(02)的金屬臂與多點饋電環(huán)天線天線(01)的中軸線的距離d為λ/34. 9。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于共位極化分集MIMO系統(tǒng)參考天線，包括多點饋電環(huán)天線(01)和電偶極子天線(02)；多點饋電環(huán)天線(01)由正方形橫截面的空心銅管(03)繞制一圈而成，該空心銅管(03)被4個饋電間隙分為等長度的四段圓弧，各段圓弧都連接一段由相同空心銅管構(gòu)成的徑向臂，并在圓形環(huán)的圓心處會聚；弧形風車狀的銅質(zhì)饋電線(05)位于空心銅管(03)的中部；同軸饋電探針的內(nèi)芯探針(06)與銅質(zhì)饋電線(05)焊接，而法蘭盤(07)與空心銅管(03)的外壁焊接。本發(fā)明具有構(gòu)造方法簡單、單元相關(guān)度極低、信道容量和分集增益高等優(yōu)點，可以作為一種參考天線，其各參數(shù)指標可用于評估未來基于極化分集技術(shù)設(shè)計的共位MIMO天線的性能。
文檔編號H01Q1/36GK102723614SQ20121015711
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者應志農(nóng), 李慧, 熊江, 王秉中, 趙銘宇 申請人:電子科技大學