CN112563761A - 一种天线装置及信号处理方法 - Google Patents

一种天线装置及信号处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112563761A
CN112563761A CN201910913193.2A CN201910913193A CN112563761A CN 112563761 A CN112563761 A CN 112563761A CN 201910913193 A CN201910913193 A CN 201910913193A CN 112563761 A CN112563761 A CN 112563761A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
dielectric substrate
antenna array
elements
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910913193.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112563761B (zh
Inventor
王强
曹杰
耿阳
陈卫民
肖啸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Shanghai Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN201910913193.2A priority Critical patent/CN112563761B/zh
Priority to PCT/CN2020/117762 priority patent/WO2021057907A1/zh
Publication of CN112563761A publication Critical patent/CN112563761A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112563761B publication Critical patent/CN112563761B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H01Q15/08—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism formed of solid dielectric material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本申请公开一种天线装置，该天线装置中包含Q层介质基板的散射体结构设置于天线阵列的上方；Q层介质基板的目标区域内包含轴对称结构的谐振元，其数目和分布满足一定的条件，其中至少有一个谐振元被天线阵列上与目标区域对应的范围内的第一天线单元和相邻的第二天线单元共用。本申请技术方案通过在天线阵列上方设置散射体结构，降低天线单元之间的空间相关性，使得到达天线阵列的波束信号能够被更好的区分，信号叠加干扰降低，MIMO性能提升。

Description

一种天线装置及信号处理方法
技术领域
本申请涉及天线技术领域，具体涉及一种天线装置及信号处理方法。
背景技术
随着5G的到来，大规模多输入多输出(massive multiple-input multiple-output，M-MIMO)技术逐渐成为5G系统中最为核心的关键技术之一。M-MIMO技术通过增加天线单元的数目以求获得更高的频谱效率和能量效率。目前大量关于M-MIMO系统的研究工作都是在理想传输条件下进行的，即不考虑安置天线阵列的物理尺寸并且假设天线单元之间的距离足够大(大到相邻天线单元之间的电场和磁场互不影响)。对于传统MIMO技术，由于天线单元的数目有限，理想的传输条件可能会满足，但随着目前终端小型化的发展趋势，特别是M-MIMO技术的兴起，设计紧凑型的天线阵列已成为必然趋势，即在固定物理尺寸上配置越来越多的天线单元，天线单元之间的距离逐渐减小。
然而，M-MIMO系统的性能强烈依赖于天线阵列的性能和传输环境。其中，天线单元之间的空间相关性是M-MIMO天线阵列性能的主要限制因素之一。随着天线单元之间间距的减小，天线单元之间的空间相关性将会增大，进而会带来M-MIMO性能的下降。天线单元之间的空间相关性可以表征为任意两个天线单元的方向图的相关性，尤其是相邻两个天线单元之间的相关性。两个天线单元之间的相关性可以表示为：
Figure BDA0002215303410000011
其中，Ei(θ,φ)为天线单元i的3D辐射方向图。
当两个天线单元的方向图的相关性越高时，接收端天线接收到的两个天线单元发送的信号之间的差异性越低，信号与干扰加噪声比(signal to interference plus noiseratio,SINR)会降低，从而导致信道容量下降。
天线单元之间的空间相关性还可以通过两个天线单元端口之间的相位差体现。对于两条径θ1和θ2，相邻两个单元之间产生的相位差为Δφ＝Δφ1-Δφ2，其中，Δφ1＝k*d*cosθ1，Δφ2＝k*d*cosθ2，传统天线的k＝2*pi/λ0,λ0为中心频点在自由空间的波长。当间距d变小时，对于固定指向下的θ1和θ2，Δφ1和Δφ2会变小，且|Δφ1-Δφ2|也会变小；最终降低了阵列天线对多径信号的分辨率，使得性能降低。
天线单元之间的空间相关性与散射传播和天线特性密切相关。天线特性能够直接决定M-MIMO信道的性能，发射端天线的多个天线单元发出的信号经过散射传播，在无线信道中混合在一起，经由接收端天线接收后，发射数据通过系统的空时处理得到分离和恢复，接收端天线的各天线单元接收信号的独立程度，即天线单元之间的空间相关性直接决定了M-MIMO的性能。
因此，在实际应用过程中，如何降低有限区域内天线阵列(特别是M-MIMO天线阵列)中每对天线单元之间的空间相关性以提升MIMO性能是一个亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种天线装置，该装置中的散射体结构能够增大天线阵列中相邻天线单元的方向图的相位差或改变相邻天线单元方向图的幅度指向，使得天线单元之间的空间相关性降低，从而使得经由该散射体结构牵引到达天线阵列波束信号能够被更好的区分，信号叠加的干扰降低，从而提升了MIMO性能。
有鉴于此，本申请第一方面提供一种天线装置，该天线装置包括天线阵列和散射体结构，散射体结构设置于天线阵列的上方。天线阵列包含M行N列的天线单元，M和N均为大于0的整数，M和N中至少有一个大于1。例如，当M＝8,N＝4时，天线阵列由8行4列的天线单元组成。散射体结构包括Q层介质基板，Q层介质基板的目标区域内包含至少(Q+3)个谐振元，且目标区域内至少有一层介质基板上包含至少4个谐振元，Q为大于0的整数，即散射体结构既可以只包含一层介质基板，也可以包含多层介质基板，例如两层介质基板。在天线阵列上与目标区域对应的范围内包含第一天线单元，该至少(Q+3)个谐振元中的至少一个谐振元被第二天线单元共用，至少一个谐振元的数目不大于3Q，至少(Q+3)个谐振元中位于同一介质基板上的多个谐振元沿第一对称轴呈轴对称分布，至少(Q+3)个谐振元在天线阵列所在的平面上的正投影沿第二对称轴呈轴对称分布，第二对称轴为第一对称轴在天线阵列所在平面上的正投影，第二对称轴通过第一天线单元和第二天线单元的物理几何中心，第二天线单元是与第一天线单元位于同一行或同一列的相邻天线单元。谐振元为轴对称结构，且谐振元的谐振频点属于天线阵列的工作频率范围。该轴对称结构是指以谐振元的几何中心为原点建立平面直角坐标系，该谐振元即沿x轴对称，又沿y轴对称。
由以上第一方面可知，通过在天线阵列的上方设置散射体结构，使得天线单元的空口前增加谐振元，人为的制造散射特性，从而增加信道的弥散性，实现波束信号的牵引，使得天线阵列中相邻天线单元的方向图的相位差增大或者幅度指向发生改变，进而实现了天线单元之间的空间性的降低，使得到达天线阵列波束信号能够被更好的区分，降低信号叠加的干扰，提升MIMO性能。
结合上述第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，第一天线单元与第二天线单元之间的距离小于0.45λ，其中，λ是对应于天线阵列的中心频率的电磁波波长。特殊地，第一天线单元和第二天线单元之间的距离小于或等于0.40λ。例如，第一天线单元和第二天线单元之间的间距为0.38λ、0.35λ等。
结合上述第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，第一层介质基板所在的平面与所述天线阵列的上表面所在的平面平行，第一层介质基板与所述天线阵列的上表面之间的距离在0.15λ～0.35λ之间，该第一层介质基板为该Q层介质基板中距离天线阵列最近的一层介质基板。
结合上述第一方面第一种或第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，当Q大于1时，Q层介质基板中每相邻两层介质基板之间的距离在0.15λ～0.3λ之间。当Q大于2时，每相邻两层介质基板之间的距离的取值不一定都是相同的，只需满足在0.15～0.3λ之间即可。
结合上述第一方面、第一方面第一种至第三种中任意一种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述谐振元的口径小于(0.25λ^0.25λ)。
结合上述第一方面、第一方面第一种至第四种中任意一种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，谐振元为十字的对称结构、米字的对称结构、矩形边框的对称结构或多个矩形组合而成的对称结构。
结合上述第一方面、第一方面第一种至第五种中任意一种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，当Q大于1时，第x层介质基板上的谐振元的尺寸为y，则第(x+1)层介质基板上的谐振元的尺寸为{1-(0～0.25)}y，其中，第(x+1)层介质基板与天线阵列之间的距离大于第x层介质基板与天线阵列之间的距离，x为大于0的整数。
结合上述第一方面、第一方面第一种至第六种中任意一种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，谐振元由第一部分和第二部分组成，第一部分和第二部分均为轴对称结构，第一部分设置于介质基板上目标设置区域的正面或反面，第二部分设置于正面或反面。结合上述第一方面、第一方面第一种至第七种中任意一种可能的实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，天线装置还包括：介质材料，介质材料填充于Q层介质基板中每相邻两层介质基板之间。该介质材料可以是空气介质、FR-4环氧玻璃布层压板、玻璃纤维、碳氢化合物陶瓷、液晶聚合物等。
结合上述第一方面、第一方面第一种至第八种中任意一种可能的实现方式，在第一方面第九种可能的实现方式中，天线装置还包括：耦合对消电路，该耦合对消电路设置于第一天线单元和第二天线单元之间，该耦合电路用于根据第一天线单元和第二天线单元端口之间耦合的大小实现反向对消，从而提升第一天线单元和第二天线单元端口之间隔离度。
结合上述第一方面、第一方面第一种至第九种中任意一种可能的实现方式，在第一方面第十种可能的实现方式中，天线单元为正负45度双极化天线辐射单元或垂直/水平双极化天线辐射单元。
结合上述第一方面、第一方面第一种至第十种中任意一种可能的实现方式，在第一方面第十一中可能的实现方式中，天线阵列的每一行或每一列的天线单元连接一个或多个射频通道。
本申请第二方面提供一种信号处理方法，该方法应用于一种天线装置，该天线装置包括天线阵列和散射体结构，散射体结构设置于天线阵列的上方。天线阵列包含M行N列的天线单元，M和N均为大于0的整数，M和N中至少有一个大于1。例如，当M＝8,N＝4时，天线阵列由8行4列的天线单元组成。散射体结构包括Q层介质基板，Q层介质基板的目标区域内包含至少(Q+3)个谐振元，且目标区域内至少有一层介质基板上包含至少4个谐振元，Q为大于0的整数。在天线阵列上与目标区域对应的范围内包含第一天线单元，该至少(Q+3)个谐振元中的至少一个谐振元被第二天线单元共用，至少一个谐振元的数目不大于3Q，至少(Q+3)个谐振元中位于同一介质基板上的多个谐振元沿第一对称轴呈轴对称分布，至少(Q+3)个谐振元在天线阵列所在的平面上的正投影沿第二对称轴呈轴对称分布，第二对称轴为第一对称轴在天线阵列所在平面上的正投影，第二对称轴通过第一天线单元和第二天线单元的物理几何中心，第二天线单元是与第一天线单元位于同一行或同一列的相邻天线单元。谐振元为轴对称结构，且谐振元的谐振频点属于天线阵列的工作频率范围。该轴对称结构是指以谐振元的几何中心为原点建立平面直角坐标系，该谐振元即沿x轴对称，又沿y轴对称。
结合上述第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，第一天线单元与第二天线单元之间的距离小于0.45λ，其中，λ是对应于天线阵列的中心频率的自由空间波长。特殊地，第一天线单元和第二天线单元之间的距离小于或等于0.40λ。例如，第一天线单元和第二天线单元之间的间距为0.38λ、0.35λ等。
结合上述第二方面第一种可能的实现方式，在第二方面第二种可能的实现方式中，第一层介质基板所在的平面与所述天线阵列的上表面所在的平面平行，第一层介质基板与所述天线阵列的上表面之间的距离在0.15λ～0.35λ之间，所述第一层介质基板为所述Q层介质基板中距离所述天线阵列最近的一层介质基板。
结合上述第二方面第一种或第二种可能的实现方式，在第二方面第三种可能的实现方式中，当Q大于1时，所述Q层介质基板中每相邻两层介质基板之间的距离在0.15λ～0.3λ之间。当Q大于2时，每相邻两层介质基板之间的距离的取值不一定都是相同的，只需满足在0.15～0.3λ之间即可。
结合上述第二方面、第二方面第一种至第三种中任意一种可能的实现方式，在第二方面第四种可能的实现方式中，所述谐振元的口径小于(0.25λ^0.25λ)。
结合上述第二方面、第二方面第一种至第四种中任意一种可能的实现方式，在第二方面第五种可能的实现方式中，谐振元为十字的对称结构、米字的对称结构、矩形边框的对称结构或多个矩形组合而成的对称结构。
结合上述第二方面、第二方面第一种至第五种中任意一种可能的实现方式，在第二方面第六种可能的实现方式中，当Q大于1时，第x层介质基板上的谐振元的尺寸为y，则第(x+1)层介质基板上的谐振元的尺寸为{1-(0～0.25)}y，其中，第(x+1)层介质基板与天线阵列之间的距离大于第x层介质基板与天线阵列之间的距离，x为大于0的整数。
结合上述第二方面、第二方面第一种至第六种中任意一种可能的实现方式，在第二方面第七种可能的实现方式中，谐振元由第一部分和第二部分组成，第一部分和第二部分均为轴对称结构，第一部分设置于介质基板上目标设置区域的正面或反面，第二部分设置于正面或反面。
结合上述第二方面、第二方面第一种至第七种中任意一种可能的实现方式，在第二方面第八种可能的实现方式中，天线装置还包括：介质材料，所述介质材料填充于所述Q层介质基板中每相邻两层介质基板之间。该介质材料可以是空气介质、FR-4环氧玻璃布层压板、玻璃纤维、碳氢化合物陶瓷、液晶聚合物等。
结合上述第二方面、第二方面第一种至第八种中任意一种可能的实现方式，在第二方面第九种可能的实现方式中，天线装置还包括：耦合对消电路，该耦合对消电路设置于第一天线单元和第二天线单元之间，该耦合电路用于根据第一天线单元和第二天线单元端口之间耦合的大小实现反向对消，从而提升第一天线单元和第二天线单元端口之间隔离度。
结合上述第二方面、第二方面第一种至第九种中任意一种可能的实现方式，在第二方面第十种可能的实现方式中，天线单元为正负45度双极化天线辐射单元或垂直/水平双极化天线辐射单元。
结合上述第二方面、第二方面第一种至第十种中任意一种可能的实现方式，在第二方面第十一中可能的实现方式中，天线阵列的每一行或每一列的天线单元连接一个或多个射频通道。
本申请实施例通过在天线阵列的上方设置散射体结构，使得天线单元的空口前增加谐振元，人为的制造散射特性，从而增加信道的弥散性，该散射体结构使得天线阵列中相邻天线单元的方向图的相位差增大或者幅度指向发生改变，从而使天线单元之间的空间相关性降低，经由该散射体结构牵引到达天线阵列的波束信号能够被很好的区分，信号叠加的干扰降低，从而提升了MIMO性能。
附图说明
图1(a)是本申请实施例提供的天线装置的等角透视图；
图1(b)是本申请实施例提供的天线装置的侧视图；
图2是本申请实施例提供的天线装置的局部结构示意图；
图3是本申请实施例提供的九宫格的位置分布示意图；
图4(a)是本申请实施例提供的谐振元的多种结构的示意图；
图4(b)是本申请实施例提供的谐振元的多种结构的轴对称结构示意图；
图5是本申请实施例提供的谐振元的结构拆分的一个实施例示意图；
图6是本申请实施例提供的基于谐振元的旋转的多种谐振元设置方式的一个实施例示意图；
图7是本申请实施例提供的两层介质基板上谐振元的不同的设置方式对应的拓扑结构的一个实施例示意图；
图8(a)是本申请实施例提供的天线装置的另一种结构的等角透视图和侧视图；
图8(b)是本申请实施例提供的天线装置的另一种结构的拓扑结构示意图；
图9(a)是本申请实施例提供的天线装置的另一种结构的等角透视图和侧视图；
图9(b)是本申请实施例提供的天线装置的另一种结构的拓扑结构示意图；
图10是本申请实施例提供的天线装置的另一种结构的拓扑结构示意图；
图11是本申请实施例提供的天线装置的另一种结构的拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请的实施例进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本申请实施例提供一种天线装置，可以应用于M-MIMO通信系统，还可以应用于相控阵雷达系统。该天线装置包括天线阵列和散射体结构，散射体结构设置于天线阵列的上方，通过该散射体结构在天线阵列的天线单元的空口前增加谐振元，人为的制造散射特性，从而增加信道的弥散性，该散射体结构使得天线阵列中相邻天线单元的方向图之间的相位差增大或者幅度指向发生改变，从而使天线单元之间的空间相关性降低，经由该散射体结构牵引到达天线阵列的波束信号能够被很好的区分，信号叠加的干扰降低，从而提升MIMO性能。本申请实施例还提供相应的信号处理方法，应用于上述的天线装置。以下将进行详细说明。
本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。在本申请的文字描述中，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系；在本申请的公式中，字符“/”，表示前后关联对象是一种“相除”的关系。可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定。
天线阵列作为一种能量转换系统，能够将导行系统中的电信号转换为自由空间中的电磁波信号进行发射，也能够将接收到的自由空间的电磁波信号转换为导行系统中的电信号。在多用户MIMO(multi-user MIMO，MU MIMO)的场景下，以接收信号的角度为例，天线阵列中的多个天线单元能够接收多个不同用户终端(user equipment，UE)到达天线阵列的信号，天线阵列则对多个天线单元所接收的多个信号进行阵列处理，以实现多个信号的相干叠加，实现信号的增强，与此同时，噪声不叠加，最终达到提升多个信号的SINR的效果。在天线阵列中天线单元之间的间隔很近的情况下，天线单元之间的相关性较大，使得不同UE到达天线阵列的信号无法被区分，最终导致天线阵列进行阵列处理得到的多个信号的SINR较低，相干叠加后干扰增加，MIMO性能降低。
基于上述原因，本申请实施例首先提供一种天线装置，该天线装置包括天线阵列和散射体结构。
该散射体结构设置于天线阵列的上方。天线阵列包含M行N列的天线单元，M和N均为大于0的整数，M和N中至少有一个大于1。散射体结构包括Q层介质基板，Q层介质基板的目标区域内包含至少(Q+3)个谐振元，且目标区域内至少有一层介质基板上包含至少4个谐振元，Q为大于0的整数。在天线阵列上与目标区域对应的范围内包含第一天线单元，至少(Q+3)个谐振元中的至少一个谐振元被第二天线单元共用，至少一个谐振元的数目不大于3Q，至少(Q+3)个谐振元中位于同一介质基板上的多个谐振元沿第一对称轴呈轴对称分布，至少(Q+3)个谐振元在天线阵列所在的平面上的正投影沿第二对称轴呈轴对称分布，第二对称轴为所述第一对称轴在天线阵列所在平面上的正投影，第二对称轴通过第一天线单元和第二天线单元的物理几何中心，第二天线单元是与第一天线单元位于同一行或同一列的相邻天线单元。谐振元为轴对称结构，且谐振元的谐振频点属于天线阵列的工作频率范围。
本申请实施例还提供一种信号处理方法，该方法应用于该天线装置，在信号处理的过程中，该天线装置中的散射体结构，可以用于增大天线阵列中相邻天线单元的方向图的相位差或者改变相邻天线单元的方向图的幅度指向。
本申请实施例中，散射体结构的设置，能够增大天线阵列中相邻天线单元的方向图之间的相位差或者改变相邻天线单元的方向图之间的幅度指向。具体的，本申请实施例中的散射体结构可以是产生一个类似聚焦随机波束的作用，使得波束信号产生牵引，最大指向非法线方向，通过这种额外的波束信号的牵引作用，实现相邻天线单元的方向图的幅度指向的不同，例如相邻天线单元的方向图中一个天线单元的方向图为幅度指向为左，而另一个则为右。具体的，本申请实施例中的散射体结构也可以是实现相邻天线单元方向图的之间的相位差放大的效果。例如，对于两条径θ1和θ2，两个相邻天线单元之间产生的相位响应分别为Δφ1＝k*d*cosθ1和Δφ2＝k*d*cosθ2，相位差Δφ＝Δφ1-Δφ2＝k*d*(cosθ1-cosθ2),其中，传统天线的k＝2*pi/λ0,λ0为中心频点在自由空间的波长，d为两个相邻天线单元之间的间距。通过散射体结构能够放大k，从而可以使得相位差Δφ的梯度增加，即放大相邻天线单元方向图之间的相位差Δφ。
可选地，本申请实施例中的散射体结构在实际应用的过程中，基于不同的结构设置，可以仅仅实现相邻天线单元的方向图之间的相位差放大，或者仅仅实现相邻天线单元的方向图之间的的幅度指向的改变，使得两个天线单元的方向图的幅度指向不同，除此之外，也能够同时实现相邻天线单元的方向图的相位差的放大和幅度指向的改变，本申请实施例对此不作限定。可选地，若通过对具体的散射体结构的设置，主要用于实现相邻天线单元的方向图的相位差的放大，幅度指向只需要产生畸变，即波束的宽度不发生改变，波束的指向发生一定的改变，从而达到降低两个天线单元的空间相关性的效果。
在信号处理的过程中，天线阵列，可以用于接收经由散射体结构牵引得到的多个波束信号，并对多个波束信号进行相干叠加。
本申请实施例中，天线阵列中的多个天线单元接收经由散射体结构牵引得到的多个波束信号，天线阵列再对该多个波束信号进行阵列处理，即对该多个波束信号的相干叠加。
本申请实施例中，通过在天线阵列的上方设置散射体结构，使得天线单元的空口前增加谐振元，人为的制造散射特性，从而增加信道的弥散性，实现波束信号的牵引，天线阵列中相邻天线单元的方向图的相位差增大或者幅度指向不同，从而使得天线单元之间的空间相关性的降低，经由散射体结构牵引到达天线阵列的波束信号能够被很好的区分，信号叠加的干扰降低，提升MIMO性能。
接下来将对本申请实施例提供的天线装置的结构进行具体的介绍。
图1(a)和图1(b)分别为本申请实施例提供的天线装置10的等角透视图、侧视图。天线装置10包括天线阵列11和散射体结构12。
参阅图1(a)和图1(b)，本申请实施例中的天线阵列11由M行N列的天线单元101组成，其中，M和N均为大于0的整数，且M和N中至少有一个大于1。例如，当M＝1，N＝2时，天线阵列11由1行2列的天线单元101组成。当M＝8，N＝4时。天线阵列11为8行4列的天线阵列。
散射体结构12设置于天线阵列11的正上方，散射体结构12包括Q层介质基板121，Q为大于0的整数，即散射体结构12中可以包含一层介质基板，也可以包含多层介质基板，散射体结构12中的每层介质基板所在的平面与天线阵列11所在的平面平行。
散射体结构12中距离天线阵列11最近的一层介质基板121为第一层介质基板，与天线阵列11的上表面之间的距离h0在0.15λ～0.35λ之间。当Q大于1时，即散射体结构12中包含多层介质基板时，该Q层介质基板中每相邻两层介质基板121之间的距离h1在0.15λ～0.3λ之间。需要说明的是，当Q大于2时，Q层介质基板中每相邻两层介质基板121之间的距离h1的取值不一定都是相同的，只需满足取值在0.15λ～0.3λ即可，本申请实施例对此不作限定。
散射体结构12中的Q层介质基板上需要包含多个谐振元1211，每层介质基板上121上都包含一个或多个谐振元1211。本申请实施例中，图1(a)和图1(b)中均仅在第一层介质基板上示出了一个谐振元1211的示意图，需要说明的是，该示意图仅用于指示介质基板121设置有谐振元1211，不用于指示Q层介质基板上谐振元1211的具体结构、数量以及分布，对于该Q层介质基板上谐振元1211的具体结构、数量以及分布，本申请实施例将在后文中进行详细的介绍。
本申请实施例中，天线阵列11中包括第一天线单元1011和第二天线单元1012，第一天线单元1011和第二天线单元1012为本申请实施例中的天线装置10的天线阵列11中位于同一行或者同一列的两个相邻的天线单元，本申请实施例对此不作限定。如图2所示，图2中示出了本申请实施例提供的对应于第一天线单元1011和第二天线单元1012的天线装置10的局部结构示意图。
本申请实施例中，散射体结构12的Q层介质基板对应一个目标区域，天线阵列11上与该目标区域对应的范围内包含第一天线单元1011。图2所示出的天线装置10的局部结构示意图中包含了第一天线单元1011及Q层介质基板对应的该目标区域，即图2中示出的第一目标区域。同时，图2中也示出了第二天线单元1012对应的第二目标区域，第二目标区域所对应的的范围内包含第二天线单元1012。
本申请实施例中，第一天线单元1011对应的第一目标区域内包含多个谐振元1211，该多个谐振元1211的数目与分布需要满足一定的规律。接下来，本申请实施例将图2示出的天线装置10的局部结构示意图，对散射体结构12中对应于该第一天线单元1011的第一目标区域所包含的多个谐振元1211在Q层介质基板上的数目、分布以及谐振元的结构需要满足的条件进行具体的介绍。
本申请实施例中，Q层介质基板的目标区域，具体可以是指在每层介质基板上的一块平面区域，该每层介质基板上的平面区域在天线阵列11上的正投影是完全重合的，且第一天线单元1011被该正投影覆盖，如图2所示的每层介质基板以及天线阵列11上示出的第一目标区域。图2中同样示出了第二天线单元1012对应的第二目标区域。需要说明的是，图2中第一目标区域和第二目标区域的划分是为了便于说明本申请实施例中Q层介质基板上，对应于第一天线单元1011的多个谐振元1211的数目以及分布而划分出的一个虚拟的区域，该虚拟区域的划分不应理解为对本申请的限制。
本申请实施例将图2中的第一目标区域设置为如图3所示的九宫格，该九宫格的中心位置区域内包含第一目标区域的几何中心点，以该中心位置区域为中心，第一目标区域还包括左上、左下、右上、右下、中上、中下、左中、右中八个方位对应的位置区域。本申请实施例中，左上、左下、右上、右下四个方位对应的位置区域为a区域，中上、中下、左中、右中四个方位对应的位置区域为b区域，正中位置区域为c区域。需要说明的是，本申请实施例中，九宫格的划分方式主要用于指示第一目标区域内谐振元1211的设置方位，如四个谐振元被分别设置在九宫格的a区域所对应的四个方位，图中所示的九宫格a区域的大小对谐振元的结构以及尺寸不构成限定。对应地，第二天线单元1012对应的第二目标区域可以采用相同的划分方式。本申请实施例中，谐振元1211可以被设置在第一目标区域的九宫格中的九个位置区域内。
第一目标区域内，每个介质基板上都对应一个第一对称轴，第一对称轴在天线阵列11所在平面上的正投影为第二对称轴，该第二对称轴为第一天线单元1011和第二天线单元1012的物理几何中心的连线。
基于上述第一目标区域的九宫格划分方式以及对称轴的位置的确定，本申请实施例将对第一目标区域内Q层介质基板上包含的多个谐振元需要满足的条件进行介绍。本申请实施例中第一天线单元1011对应的第一目标区域内，Q层介质基板上所包含的多个谐振元1211需要同时满足如下三个条件：
(一)数量要求：
本申请实施例中，第一目标区域内，Q层介质基板所包含的谐振元1211的总数目不少于(Q+3)个，且该至少(Q+3)个谐振元分布在Q层介质基板上，至少有一层介质基板上包含至少4个谐振元。
具体的，Q＝1时，即散射体结构12只包括一层介质基板，则该一层介质基板上的第一目标区域内至少包括4个谐振元；当Q大于1时，谐振元1211的总数目不少于(Q+3)个，至少有一层介质基板上的第一目标区域内至少包括4个谐振元，其他介质基板上的第一目标区域内可以包括一个或多个谐振元。例如，Q＝2时，散射体结构12包括两层介质基板，该两层介质基板上的目标区域内，包括共5个谐振元结构，其中一层介质基板上设置4个谐振元，另一层设置一个谐振元。
(二)位置分布要求：
本申请实施例中，Q层介质基板上包含的至少(Q+3)个谐振元中的至少一个谐振元被第二天线单元1012共用，且该共用的至少一个谐振元的数目不大于3Q，且该至少(Q+3)个谐振元中位于同一介质基板上的多个谐振元沿第一对称轴呈轴对称分布，且该至少(Q+3)个谐振元在所述天线阵列所在的平面上的正投影沿第二对称轴呈轴对称分布。
第一天线单元1011和第二天线单元1012之间谐振元的共用可以通过第一天线单元1011和第二天线单元1012分别对应的第一目标区域和第二目标区域来进行说明。第一天线单元1011和第二天线单元1012分别对应的第一目标区域和第二目标区域存在重合区，如图2所示，第一目标区域中的右上，右中和右下方位与第二目标区域的左上、左中、左下方位重合，该重合区内包含两个a区域和一个b区域所对应的方位区域。本申请实施例中，在该重合区内的三个方位区域上设置至少一个谐振元，该重合区域内的谐振元既属于第一目标区域，又属于第二目标区域，就可以达到第一天线单元1011和第二天线单元1012共用的效果。本申请实施例中，在Q层介质基板的每层介质基板上的重合区内的该三个方位区域上都设置一个谐振元时，第一天线单元1011和第二天线单元1012共用的谐振元数目达到饱和，共用谐振元的总数目为3Q。
在满足共用谐振元的条件下上，为了使第一目标区域内Q层介质基板上的该至少(Q+3)个谐振元在所述天线阵列所在的平面上的正投影沿第二对称轴呈轴对称分布，且位于同一介质基板上的多个谐振元沿第一对称轴呈轴对称分布，本申请实施例中Q层介质基板中每层介质基板上所包含的谐振元的个数可以是1、4、5、8或9。需要说明的是，只有在Q大于1的情况下，才可能存在介质基板上只包含1个谐振元的情况。
本申请实施例中，当Q＝1时，即散射体结构12只包含一层介质基板121时，为了满足上述对称分布，第一目标区域内的谐振元数目可以是4、5、8或9个，第一目标区域内谐振元的分布可以是a区域、b区域、a区域+c区域、b区域+c区域、a区域+b区域或a区域+b区域+c区域这六种设置方式，如图3中的位置分布1～位置分布6。具体的，当第一目标区域内该一层介质基板上只设置4个谐振元时，该4个谐振元可以是分别设置于于a区域对应的方位或者b区域对应的方位区域，且沿第一对称轴对称，如图3中的位置分布1和位置分布2；当第一目标区域内该一层介质基板上设置5个谐振元时，该5个谐振元可以是分别设置于a区域+c区域对应的方位区域，或b区域+c区域所对应的方位区域，且沿第一对称轴对称，如图3所示的位置分布3和位置分布4；当第一目标区域内该一层介质基板上包含8个谐振元时，该8个谐振元可以是设置于a区域+b区域所对应的方位区域，且沿第一对称轴对称，如图3所示的位置分布5；当第一目标区域内该一层介质基板上设置9个谐振元时，该9个谐振元可以是设置于a区域+b区域+c区域所对应的的方位区域，且沿第一对称轴对称分布，如图3所示的位置分布6。
本申请实施例中，当Q大于1时，第一目标区域内Q层介质基板中的至少有一层介质基板需要设置至少4个谐振元，对于至少4个谐振元的介质基板，第一目标区域内该介质基板上的谐振元的分布可以参阅上述散射体结构12只包含一层介质基板的多个谐振元的分布规则，此处不再赘述。当Q大于1时，Q层介质基板中除了包含至少4个谐振元的介质基板，还可以包含只设置有一个谐振元的介质基板，当介质基板上的谐振元个数为1时，该1个谐振元只能设置于C区域，如图3所示的位置分布7。需要说明的是，当Q大于1时，Q层介质基板中的至少(Q+3)个谐振元的分布，可以是如图3中的位置分布1～位置分布7的任意组合，其中，至少有一层的分布方式为位置分布1～位置分布6中的任意一个。例如，天线装置10中的散射体结构12中包括2层介质基板，第一目标区域对应的该2层介质基板上，其中一层介质基板上包含至少四个谐振元，该至少四个谐振元的分布可以是图3中位置分布1～位置分布6中的任意一个，另外一层介质基板上的谐振元的分布，可以是图3中位置分布1～位置分布7中的任意一个。
(三)谐振元的结构要求：
本申请实施例中，谐振元1211为轴对称结构，且谐振元1211的谐振频点属于天线阵列11的工作频率范围。具体的，该轴对称结构是指：以谐振元1211的几何中心为原点建立平面坐标系，该谐振元1211既沿x轴对称，又沿y轴对称。本申请实施例将在后面介绍谐振元1211的多种可能的结构时，对该坐标系和轴对称结构进行详细的介绍。
本申请实施例提供的天线装置10，通过在天线单元的空口前增加散射体结构，该散射体结构使得相邻的天线单元之间具有共用的谐振元，从而增加了信道的弥散性，降低了天线单元之间的空间相关性。
可选地，本申请实施例中谐振元1211的口径小于0.35λ^0.35λ。具体的，本申请实施例中口径小于0.35λ^0.35λ是指该轴对称结构的谐振元1211，可以被边长为0.35λ的正方形完全覆盖。
可选地，本申请实施例中，第一层介质基板上的谐振元的尺寸为x时，第二层介质基板上的谐振元的尺寸可以是{1-(0～0.25)}x。
可选地，本申请实施例中，第一天线单元1011和第二天线单元1012之间的间距d0小于0.45λ。特别的，作为一种可选的实施例，本申请实施例中的天线阵列11中，第一天线单元1011和第二天线单元1012之间的间距d0需要小于0.38λ。
可选地，本申请实施例中，Q层介质基板中相邻两层介质基板之间的介质为空气介质，除此之外，相邻两层介质基板之间还可以填充其他的填充介质，例如：FR-4环氧玻璃布层压板、玻璃纤维、碳氢化合物陶瓷、液晶聚合物等；这些填充介质的介电常数满足1～100，损耗正切TANδ<1。本申请实施例中，谐振元的尺寸与填充介质有关，具体的，与介质的介电常数和磁导率相关。例如，当两层介质基板之间的介质为空气时，谐振元的口径为Z，当在两层介质基板中填充其他的介质时，谐振元的尺寸会发生缩小，具体公式如下：
Z‘＝Z/sqrt(er*ur)
其中，er为介电常数，ur为磁导率。
图4(a)为本申请实施例提供的谐振元的可能的多种结构的示意图。
图4(a)中示出了10种不同的轴对称结构，如十字型结构、X型结构、米字型结构等，该10种结构皆为上述的轴对称结构。图4(b)中以图4(a)中的①②③结构为例，对谐振元1211的轴对称结构进行详细的介绍，如图4(b)所示，分别以结构①②③的几何中心为原点建立平面坐标系，结构①②③分别在各自的平面坐标系内，即沿x轴对称，又沿y轴对称，即满足本申请实施例中的轴对称结构。
本申请实施例中，谐振元1211可以是该10种结构中的任意一种。
优选地，本申请实施例中的谐振元1211的结构可以是如图4(a)中的结构①②③中的任意一种。
需要说明的是，图4(a)中示出的10种结构是本申请实施例中满足轴对称结构的谐振元1211的可能结构的示例性说明，除了图4所示的10种结构之外，还可以存在其他形状的满足上述要求的轴对称结构，本申请实施例对此不做限定。
另外，在实际应用的过程中，本申请实施例中的谐振元1211不一定是严格的轴对称结构，可能存在一定的误差，例如，轴对称结构误差在10％以内，应理解，该误差也应属于本申请所保护的范围之内。
可选地，本申请实施例中，谐振元1211可以是通过印刷的方式设置于介质基板上，需要说明的是，本申请实施例中，谐振元1211可以只印刷在介质基板的一面，也可以对谐振元1211进行结构拆分分别印刷在介质基板的同一位置的两面，每一层介质基板也可以在两面都印刷位置、形态及尺寸完全相同的谐振元1211，本申请实施例对此不做限定。当在介质基板的两面对同一个谐振元进行结构拆分分别印刷时，该谐振元可以被拆分为两个部分，该两个部分分别满足上述的轴对称结构，且两个部分进行叠加的拓扑结构与谐振元1211的结构相同，该两个部分分别印刷于介质基板同一位置的正反两面。从而可以增强散射，增加相邻天线单元之间的相位差。
需要说明的是，本申请实施例中的介质基板的厚度远小于每相邻两层介质基板之间的间距，从而不影响本申请实施例中散射体结构对天线单元的空间相关性的降低效果。可以理解的是，本申请实施例中的介质基板的主要作用是谐振元的支撑作用，介质基板可以是一种逻辑上的概念，在实际应用的过程中，该介质基板可以存在多种形态，例如是具有实际物理形态的一整块基板，也可以是能够支撑谐振元分布的简单结构的组合，本申请实施例对此不作限定。
可选地，本申请实施例中的Q层介质基板中，每一层介质基板也可以是多层印刷版结构，该多层印刷版之间的间距非常小，多层印刷板的厚度及间距相加的厚度尺寸不超过介质基板的厚度尺寸。具体的，多层印刷板之间的间距小于0.1λ，例如可以是0.01λ、0.001λ或0.0001λ等。该多层印刷版上分别印刷有谐振元图案，多个谐振元图案满足上述的轴对称分布，多层印刷版相同位置区域印刷的谐振元图案在逻辑上构成本申请实施例中一层介质基板上的一个谐振元结构。
图5示出了本申请实施例提供的谐振元的结构拆分的一个实施例示意图。
图5实施例以图4中的米字型结构②为例，对谐振元的结构拆分进行介绍，米字型结构②可以被拆分为如图所示的结构一和结构二，分别印刷在介质基板同一位置的正反两面，其中，结构一和结构二分别满足上述的轴对称结构，且结构一和结构二进行叠加的拓扑结构即为米字型结构②。
需要说明的是，本申请实施例中其他结构的谐振元，也可以采用相同的拆分原理进行结构拆分，然后分别印刷于介质基板的两面，拆分之后的结构仍然满足上述的轴对称分布，本申请实施例对介质基板上同一位置处谐振元的印刷方式不进行具体的限定。
可选地，本申请实施例中的第一目标区域内，Q层介质基板上所包含的多个谐振元1211同时满足上述三个条件的情况下，当散射体结构12中使用的谐振元1211的结构以及位置分布确定时，基于谐振元1211的轴对称结构，谐振元1211还可以进行旋转，从而使得每层介质基板上的谐振元1211在同一种位置分布的情况下，还存在多种设置方式。需要说明的是，本申请实施例中谐振元1211的旋转，具体是指以谐振元1211的几何中心为原点进行的旋转。本申请实施例中对谐振元进行旋转的原则在于，在对第一目标区域内的谐振元进行旋转之后，每层介质基板上的多个谐振元依然沿第一对称轴呈轴对称分布，且Q层介质基板包含的至少(Q+3)个谐振元在所述天线阵列所在的平面上的正投影沿第二对称轴呈轴对称分布。接下来将介绍对谐振元进行旋转所导致的谐振元的多种设置方式进行举例说明，请参阅图6。
图6为基于谐振元的旋转的多种谐振元设置方式的一个实施例示意图。
图6以谐振元1211的结构为图4中的十字形结构①，且第一目标区域内介质基板上包含5个谐振元1211为例，对基于旋转的多种谐振元的设置方式进行说明。
参阅图6，第一目标区域内介质基板上的谐振元1211的数目为5时，5个谐振元1211可以是设置于九宫格的(a区域+c区域)对应的方位区域，如图6中的设置方式①。基于该设置方式①，通过将九宫格内的c区域的谐振元旋转45°从而得到设置方式②；通过将九宫格内的a区域的四个谐振元均旋转45°从而得到设置方式③，同时旋转a区域和c区域的5个谐振元，得到设置方式④。同理，5个谐振元1211还可以是设置于九宫格的(b区域+c区域)对应的方位区域，如图6中的设置方式⑤。基于该设置方式⑤，通过对九宫格内的c区域的一个谐振元进行45°旋转得到设置方式⑥；通过将九宫格内的b区域的四个谐振元均进行45°旋转从而得到设置方式⑦；同时旋转a区域和c区域的5个谐振元，得到分布方式⑧。
需要说明的是，图6中仅示出了一种具体的实例，当谐振元结构不为十字结构，且第一目标区域内介质基板包含的谐振元数目不为5时，均可以采用相同的原则对其他情况下的多个谐振元采用多种不同的设置方式。
上述基于谐振元的旋转得到的一层介质基板上谐振元的多种不同的设置方式，使得当Q大于1时，多层介质基板上的谐振元又存在多种不同的组合方式。例如，图6实施例中一层介质基板上包含5个谐振元，该五个谐振元具有8种设置方式，若Q层介质基板上第一目标区域内每层介质基板上均设置5个谐振元，Q层介质基板可以采用上述8种设置方式进行任意的组合。
以Q＝2为例，即散射体结构只包含2层介质基板，第一天线单元1011对应的第一目标区域内，第一层介质基板上的五个谐振元的设置方式可以是图6中的八种设置方式中的任意一种，第二层介质基板上的五个谐振元的设置方式也可以是图6中的八种设置方式中的任意一种，两层介质基板存在56中组合方式，对应于56种拓扑结构。图7中示出了其中的六种组合方式。
优选地，本申请实施例中散射体结构的2层介质基板上可以采用如图7所示的前3种组合方式，即组合方式①②或③中的一种或多种。
图7为两层介质基板上谐振元的不同的设置方式及对应的拓扑结构的一个实施例示意图。
参阅图7，散射体结构12包含两层介质基板，分别为第一层介质基板和第二层介质基板，通过第一层介质基板和第二层介质基板上的五个谐振元的设置方式的组合，得到第一目标区域内六种不同的拓扑结构。例如，图7中的拓扑结构1是由图6中的设置方式1和设置方式4的组合。
上述实施例对第一天线单元1011对应的第一目标区域内Q层介质基板上的至少(Q+3)个谐振元的结构、数量、分布进行了详细的介绍。需要说明的是，本申请提供的天线阵列11中包含多个天线单元101，该多个天线单元101可以只存在一个第一天线单元1011，也可以存在多个第一天线单元1011，即，本申请实施例中的天线装置10中，可以只有部分天线单元在Q层介质基板上所对应的目标区域内满足上述第一目标区域内多个谐振元的数目及分布规律，也可以是全部的天线单元在Q层介质基板上所对应的目标区域需要满足上述的分布规律，本申请实施例对此不作限定。
可选地，本申请实施例中天线阵列11包含的天线单元可以是正负45度双极化天线辐射单元或者垂直/水平双极化天线辐射单元。
可选地，本申请实施例中天线阵列11还包括射频通道，天线阵列11的每一列或者每一行的天线单元连接一个或多个独立的射频通道。例如，本申请实施例中，天线阵列11的每一列天线单元中，每两个相邻的天线单元之间均实现谐振元的共用，每个天线单元在散射体结构对应的目标区域内，谐振元的分布均满足上述的分布条件，则可以为每一列天线单元连接一个或多个独立的射频通道；当天线阵列11的每一行天线单元中，每两个相邻的天线单元之间实现谐振元的共用，每个天线单元在散射体结构对应的目标区域内，谐振元的分布均满足上述的分布条件，则可以为每一行天线单元连接一个或多个独立的射频通道。该一个或多个射频通道用于波束信号的变频、滤波、放大等信号处理。需要说明的是，本申请实施例中的射频通道的具体作用可以参阅现有技术中射频通道的作用进行理解，此处不再赘述。
基于上述实施例，本申请实施例提供天线装置10的另一种结构的示意图，请参阅图8(a)和图8(b)。图8(a)为本申请实施例提供的天线装置10的另一种结构的等角透视图和侧视图。
参阅图8(a)，天线装置10中的天线阵列11为M＝1，N＝4的一行四列的单极化阵列天线，散射体结构12位于天线阵列11的上方，散射体结构12中包括两层介质基板，分别为距离天线阵列11最近的第一层介质基板和置于顶层的第二层介质基板，该两层介质基板均与天线阵列11所在的平面平行，第一介质基板与第二介质基板之间的距离h1＝0.25λ,第一介质基板与天线阵列11之间的距离h0＝0.25λ。
天线阵列11中，每两个相邻天线单元之间的间距为d0，d0小于0.45λ。
本申请实施例中的谐振元结构为图4中的十字形轴对称结构①。本申请实施例中十字形轴对称结构的谐振元的尺寸如图8(a)所示，其中，w1＝w2，L1＝L2。需要说明的是，本申请实施例中的十字形轴对称结构①的谐振元，w1的取值属于[0.01λ,0.1λ],L1可以属于[0.15λ,0.35λ]。例如，w1＝w2＝0.05λ,L1＝L2＝0.25λ。需要说明的是，在实际应用的过程中，本申请实施例中的尺寸可以存在一定的误差，使得w1不等于w2或者L1不等于L2，尺寸误差小于10％，例如，在实际应用的过程中，w1等于{1±(0～10％)}w2。
图8(a)所示的天线阵列11中包含的4个天线单元均为第一天线单元1011，即每个天线单元均满足上述第一天线单元1011对应的第一目标区域内多个谐振元的数目和分布需要满足的条件。本申请实施例中，天线阵列11中包含的4个天线单元中的任意一个天线单元所对应的目标区域内，第一层介质基板和第二层介质基板上均包含5个十字结构的谐振元，且第一层介质基板和第二层介质基板上五个谐振元的分布及设置方式均相同，均采用了如图6中的设置方式①，其中，该五个谐振元中位于左上角和右上角的两个谐振元的几何中心之间的距离为d1。散射体结构12中的每个介质基板上都包含14个谐振元，每两个相邻的天线单元共用两个谐振元。本申请实施例中，每个天线单元对应的目标区域内第一层介质基板上的5个谐振元与第二层介质基板上的5个谐振元，分别沿第一对称轴呈对称分布，且两层介质基板上的14个谐振元在天线阵列11所在的平面上的拓扑结构沿第二对称轴对称。对于整个散射体结构12而言，两层介质基板中每层介质基板上包含的14个谐振元也沿第一对称轴呈对称分布，且两层介质基板上的28个谐振元在天线阵列11所在的平面上的拓扑结构沿第二对称轴对称。
需要说明的是，本申请实施例中，每层介质基板上的14个谐振元在天线阵列11所在的平面上的拓扑结构的几何中心，与四个天线单元所组成的拓扑结构的几何中心重合，如图8(b)所示的第一种拓扑结构示意图。
特殊地，本申请实施例中，当每两个相邻的天线单元之间的距离d0与d1相等时，每个天线单元对应的目标区域内介质基板上设置于C区域的谐振元的几何中心，在天线阵列11上的正投影为对应的天线单元的几何中心，如图8(b)中所示的第二种拓扑结构示意图。
特殊地，本申请实施例中，当d1小于d0时，也可以满足每个天线单元对应的目标区域内介质基板上设置于C区域的谐振元的几何中心，在天线阵列11上的正投影为对应的天线单元的几何中心，从而能够缩小散射体结构的尺寸，使得总散射体结构的尺寸和阵列天线的尺寸相当；即使得：d1*5≈d0*4，且保持一定的性能。
本申请实施例提供天线装置10的另一种结构示意图，请参阅图9(a)和图9(b)。图9(a)为本申请实施例提供的天线装置10的另一种结构的等角透视图和侧视图，图9(b)为对应于图9(a)中的天线装置10的拓扑结构示意图图。
参阅图9(a)和图9(b)中的天线装置10的结构与图8(a)和图8(b)中的天线装置10的结构的区别在于，天线阵列11中包括的4个天线单元中，只有第二个和第三个天线单元为第一天线单元1011，满足上述第一天线单元对应的第一目标区域内多个谐振元的设置，第一个天线单元和第四个天线单元位于天线阵列的边缘，只需要实现与相邻的天线单元之间的谐振元的共用即可。
上述图8(a)和图8(b)以及图9(a)和图9(b)对只包含一行天线单元的天线装置10的结构进行了介绍，需要说明的是，只包含一列天线单元的天线装置也可以参阅上述实施例进行理解，此处不再赘述。接下来将基于上述实施例，对本申请实施例将对包含多行多列天线单元的天线装置10的结构进行介绍。
以天线阵列11中，N＝4，且M大于1的天线装置10为例，当天线阵列中包含多行天线单元时，天线装置10中散射体结构12中Q层介质基板上多个谐振元的分布可以与上述图8(a)及图8(b)中示出的一行四列的分布方式相同。
当天线阵列11中每相邻两行天线单元之间的行间距d2大于某个阈值时，天线阵列11中的天线单元在垂直方向上不产生干涉，因此，天线装置10的结构可以是如图10所示的拓扑结构，每相邻两行天线单元上对应的多个谐振元的分布没有叠加区域。
可选地，当天线阵列11中每相邻两行天线单元之间的行间距d2小于某个阈值时，天线阵列11中的天线单元在垂直方向上可能产生干涉，因此，天线装置10的结构可以是如图11中的(a)或(b)所示的拓扑结构，每相邻两行天线单元上对应的多个谐振元的分布产生重叠区域，从而实现了垂直方向上每相邻两个天线单元之间的谐振元的共用。
上述介绍了不同结构的天线装置10的实施例，上述的天线装置10均包括天线阵列11和散射体结构12，散射体结构12设置于天线阵列11的上方，通过该散射体结构12在天线阵列11的天线单元的空口前增加谐振元，人为的制造散射特性，从而增加信道的弥散性，降低天线单元之间的空间相关性。
本申请实施例中，基于天线装置中天线阵列11和散射体结构12，还会带来频分双工(frequency division duplexing，FDD)模式下预编码矩阵指示(precoding matrixindicator，PMI)码本的改变，以及FDD或者时分双工(time division duplexing，TDD)模式下小区参考信号(cell reference signal，CRS)波束权值的改变。需要说明的是，基于不同的天线装置的结构，码本的改变可以是不同的。具体的，FDD模式下当第一天线单元和第二天线单元之间的距离为0.35λ下的码本可以是和大间距(例如0.45λ)下的码本近似，具备相位放大的效果。
可选地，本申请实施例中，当上述天线装置10中天线阵列11的天线单元之间的间距小于0.45λ时，天线单元的端口之间的隔离度将大幅度恶化，因此，本申请实施例中，第一天线单元1011和第二天线单元1012之间还设置有耦合对消电路，该耦合对消电路用于根据第一天线单元和第二天线单元端口之间的耦合的大小，实现反向对消，从而可以提升第一天线单元和第二天线单元的端口之间的隔离度。需要说明的是，本申请实施例中第一天线单元和第二天线单元之间设置的耦合对消电路的结构可以与现有技术中的耦合对消电路的结构相同，此处不再赘述。
可选地，本申请实施例中的天线装置中的天线阵列，可以具备有源天线单元(active antenna unit，AAU)中的具体结构及相应的功能，本申请实施例对此不作限定。
可以理解的是，在本申请的上述各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。
以上对本申请实施例所提供的天线装置及信号处理方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (24)

1.一种天线装置，其特征在于，包括天线阵列和散射体结构，所述散射体结构设置于所述天线阵列的上方；
所述天线阵列包含M行N列的天线单元，所述M和所述N均为大于0的整数，所述M和所述N中至少有一个大于1；
所述散射体结构包括Q层介质基板，所述Q层介质基板的目标区域内包含至少(Q+3)个谐振元，且所述目标区域内至少有一层介质基板上包含至少4个谐振元，所述Q为大于0的整数；
在所述天线阵列上与所述目标区域对应的范围内包含第一天线单元，所述至少(Q+3)个谐振元中的至少一个谐振元被第二天线单元共用，所述至少一个谐振元的数目不大于3Q，所述至少(Q+3)个谐振元中位于同一介质基板上的多个谐振元沿第一对称轴呈轴对称分布，所述至少(Q+3)个谐振元在所述天线阵列所在的平面上的正投影沿第二对称轴呈轴对称分布，所述第二对称轴为所述第一对称轴在所述天线阵列所在平面上的正投影，所述第二对称轴通过所述第一天线单元和第二天线单元的物理几何中心，所述第二天线单元是与所述第一天线单元位于同一行或同一列的相邻的天线单元；
所述谐振元为轴对称结构，且所述谐振元的谐振频点属于所述天线阵列的工作频率范围。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的距离小于0.45λ，其中，所述λ是对应于所述天线阵列的中心频率的电磁波波长。
3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，第一层介质基板所在的平面与所述天线阵列的上表面所在的平面平行，所述第一层介质基板与所述天线阵列的上表面之间的距离在0.15λ～0.35λ之间，所述第一层介质基板为所述Q层介质基板中距离所述天线阵列最近的一层介质基板。
4.根据权利要求2或3所述的天线装置，其特征在于，当Q大于1时，所述Q层介质基板中每相邻两层介质基板之间的距离在0.15λ～0.3λ之间。
5.根据权利要求1-4中任一所述的天线装置，其特征在于，所述谐振元的口径小于(0.25λ^0.25λ)。
6.根据权利要求1-5中任一所述的天线装置，其特征在于，所述谐振元为十字的对称结构、米字的对称结构、矩形边框的对称结构或多个矩形组合而成的对称结构。
7.根据权利要求1-6中任一所述的天线装置，其特征在于，当所述Q大于1时，第x层介质基板上的谐振元的尺寸为y，则第(x+1)层介质基板上的谐振元的尺寸为{1-(0～0.25)}y，其中，所述第(x+1)层介质基板与所述天线阵列之间的距离大于所述第x层介质基板与所述天线阵列之间的距离，所述x为大于0的整数。
8.根据权利要求1-7中任一所述的天线装置，其特征在于，所述谐振元由第一部分和第二部分组成，所述第一部分和所述第二部分均为轴对称结构，所述第一部分设置于所述介质基板上目标设置区域的正面或反面，所述第二部分设置于所述正面或所述反面。
9.根据权利要求1-8中任一所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置还包括：介质材料，所述介质材料填充于所述Q层介质基板中每相邻两层介质基板之间。
10.根据权利要求1-9中任一所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置还包括：耦合对消链路，所述耦合对消链路设置于所述第一天线单元和所述第二天线单元之间。
11.根据权利要求1-10任一所述的天线装置，其特征在于，所述天线单元为正负45度双极化天线辐射单元或垂直/水平双极化天线辐射单元。
12.根据权利要求1-11任一所述的天线装置，其特征在于，所述天线阵列的每一行或每一列的天线单元连接一个或多个射频通道。
13.一种信号处理方法，其特征在于，所述方法应用于一种天线装置，所述天线装置包括天线阵列和散射体结构，所述散射体结构设置于所述天线阵列的上方；
所述天线阵列包含M行N列的天线单元，所述M和所述N均为大于0的整数，所述M和所述N中至少有一个大于1；
所述散射体结构包括Q层介质基板，所述Q层介质基板的目标区域内包含至少(Q+3)个谐振元，且所述目标区域内至少有一层介质基板上包含至少4个谐振元，所述Q为大于0的整数；
在所述天线阵列上与所述目标区域对应的范围内包含第一天线单元，所述至少(Q+3)个谐振元中的至少一个谐振元被第二天线单元共用，所述至少一个谐振元的数目不大于3Q，所述至少(Q+3)个谐振元中位于同一介质基板上的多个谐振元沿第一对称轴呈轴对称分布，所述至少(Q+3)个谐振元在所述天线阵列所在的平面上的正投影沿第二对称轴呈轴对称分布，所述第二对称轴为所述第一对称轴在所述天线阵列所在平面上的正投影，所述第二对称轴通过所述第一天线单元和第二天线单元的物理几何中心，所述第二天线单元是与所述第一天线单元位于同一行或同一列的相邻的天线单元；
所述谐振元为轴对称结构，且所述谐振元的谐振频点属于所述天线阵列的工作频率范围。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一天线单元与所述第二天线单元之间的距离小于0.45λ，其中，所述λ是对应于所述天线阵列的中心频率的电磁波波长。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，第一层介质基板所在的平面与所述天线阵列的上表面所在的平面平行，所述第一层介质基板与所述天线阵列的上表面之间的距离在0.15λ～0.35λ之间，所述第一层介质基板为所述Q层介质基板中距离所述天线阵列最近的一层介质基板。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，当Q大于1时，所述Q层介质基板中每相邻两层介质基板之间的距离在0.15λ～0.3λ之间。
17.根据权利要求13-16中任一所述的方法，其特征在于，所述谐振元的口径小于(0.25λ^0.25λ)。
18.根据权利要求13-17中任一所述的方法，其特征在于，所述谐振元为十字的对称结构、米字的对称结构、矩形边框的对称结构或多个矩形组合而成的对称结构。
19.根据权利要求13-18中任一所述的方法，其特征在于，当所述Q大于1时，第x层介质基板上的谐振元的尺寸为y，则第(x+1)层介质基板上的谐振元的尺寸为{1-(0～0.25)}y，其中，所述第(x+1)层介质基板与所述天线阵列之间的距离大于所述第x层介质基板与所述天线阵列之间的距离，所述x为大于0的整数。
20.根据权利要求13-19中任一所述的方法，其特征在于，所述谐振元由第一部分和第二部分组成，所述第一部分和所述第二部分均为轴对称结构，所述第一部分设置于所述介质基板上目标设置区域的正面或反面，所述第二部分设置于所述正面或所述反面。
21.根据权利要求13-20中任一所述的方法，其特征在于，所述天线装置还包括：介质材料，所述介质材料填充于所述Q层介质基板中每相邻两层介质基板之间。
22.根据权利要求13-21中任一所述的方法，其特征在于，所述天线装置还包括：耦合对消电路，所述耦合对消电路设置于所述第一天线单元和所述第二天线单元之间。
23.根据权利要求13-22任一所述的方法，其特征在于，所述天线单元为正负45度双极化天线辐射单元或垂直/水平双极化天线辐射单元。
24.根据权利要求13-23任一所述的方法，其特征在于，所述天线阵列的每一行或每一列的天线单元连接一个或多个射频通道。
CN201910913193.2A 2019-09-25 2019-09-25 一种天线装置及信号处理方法 Active CN112563761B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910913193.2A CN112563761B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 一种天线装置及信号处理方法
PCT/CN2020/117762 WO2021057907A1 (zh) 2019-09-25 2020-09-25 一种天线装置及信号处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910913193.2A CN112563761B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 一种天线装置及信号处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112563761A true CN112563761A (zh) 2021-03-26
CN112563761B CN112563761B (zh) 2022-07-22

Family

ID=75029417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910913193.2A Active CN112563761B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 一种天线装置及信号处理方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN112563761B (zh)
WO (1) WO2021057907A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE545791C2 (en) * 2022-05-18 2024-02-06 Saab Ab An antenna arrangement

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4313395A1 (de) * 1993-04-23 1994-11-10 Hirschmann Richard Gmbh Co Planarantenne
CN1572046A (zh) * 2002-12-21 2005-01-26 株式会社东芝 提高多输入多输出无线信道内强本征模式数量的方法和设备
US20070285316A1 (en) * 2006-06-13 2007-12-13 Nokia Corporation Antenna array and unit cell using an artificial magnetic layer
US20100085272A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-08 Thales Reflector Array and Antenna Comprising Such a Reflector Array
CN106099342A (zh) * 2016-07-04 2016-11-09 西安电子科技大学 一种超材料覆层双频相控阵列天线
US20170062945A1 (en) * 2015-08-25 2017-03-02 Senglee Foo Metamaterial-Based Transmitarray for Multi-Beam Antenna Array Assemblies
US20170229786A1 (en) * 2014-10-24 2017-08-10 Huawei Technologies Co., Ltd. Antenna System and Processing Method
US20170346179A1 (en) * 2016-05-26 2017-11-30 The Chinese University Of Hong Kong Apparatus and methods for reducing mutual couplings in an antenna array
CN108352622A (zh) * 2015-11-23 2018-07-31 华为技术有限公司 天线单元及天线阵列
US20180269577A1 (en) * 2015-09-29 2018-09-20 Nec Corporation Multiband antenna and wireless communication device
CN108649325A (zh) * 2018-03-20 2018-10-12 北京邮电大学 一种宽带高增益毫米波介质谐振天线阵列
CN109935964A (zh) * 2017-12-15 2019-06-25 华为技术有限公司 一种天线单元和天线阵列

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009019557A1 (de) * 2009-04-30 2010-11-11 Kathrein-Werke Kg Verfahren zum Betrieb einer phasengesteuerten Gruppenantenne sowie einer Phasenschieber-Baugruppe und eine zugehörige phasengesteuerte Gruppenantenne
KR102612537B1 (ko) * 2016-12-30 2023-12-11 삼성전자 주식회사 안테나용 빔 형성 보조부 및 이를 포함하는 단말

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4313395A1 (de) * 1993-04-23 1994-11-10 Hirschmann Richard Gmbh Co Planarantenne
CN1572046A (zh) * 2002-12-21 2005-01-26 株式会社东芝 提高多输入多输出无线信道内强本征模式数量的方法和设备
US20070285316A1 (en) * 2006-06-13 2007-12-13 Nokia Corporation Antenna array and unit cell using an artificial magnetic layer
CN101501934A (zh) * 2006-06-13 2009-08-05 诺基亚西门子通信公司 使用人造磁性层的天线阵列和单元
US20100085272A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-08 Thales Reflector Array and Antenna Comprising Such a Reflector Array
US20170229786A1 (en) * 2014-10-24 2017-08-10 Huawei Technologies Co., Ltd. Antenna System and Processing Method
US20170062945A1 (en) * 2015-08-25 2017-03-02 Senglee Foo Metamaterial-Based Transmitarray for Multi-Beam Antenna Array Assemblies
US20180269577A1 (en) * 2015-09-29 2018-09-20 Nec Corporation Multiband antenna and wireless communication device
CN108352622A (zh) * 2015-11-23 2018-07-31 华为技术有限公司 天线单元及天线阵列
US20170346179A1 (en) * 2016-05-26 2017-11-30 The Chinese University Of Hong Kong Apparatus and methods for reducing mutual couplings in an antenna array
CN106099342A (zh) * 2016-07-04 2016-11-09 西安电子科技大学 一种超材料覆层双频相控阵列天线
CN109935964A (zh) * 2017-12-15 2019-06-25 华为技术有限公司 一种天线单元和天线阵列
CN108649325A (zh) * 2018-03-20 2018-10-12 北京邮电大学 一种宽带高增益毫米波介质谐振天线阵列

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
虞舜华: "毫米波亚毫米波平面透镜和宽带天线研究", 《中国博士学位论文全文数据库（信息科技辑）》 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021057907A1 (zh) 2021-04-01
CN112563761B (zh) 2022-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107196049B (zh) 一种阵列天线
CN110061349B (zh) 一种基于正交模式对的宽带5g mimo手机天线
US8564484B2 (en) Planar dual polarization antenna
CN111129749B (zh) 一种双极化天线、天线阵列及通讯设备
CN111987435B (zh) 一种低剖面双极化天线、阵列天线及无线通信设备
EP3214773A1 (en) Antenna array coupling and calibrating network device and calibrating method, and storage medium
CN106711622B (zh) 天线阵列和天线
CN102104193A (zh) 一种多输入多输出天线系统
WO2020187207A1 (zh) 一种天线单元及一种滤波天线阵列
EP3297094B1 (en) Device for wireless access
WO2008145037A1 (fr) Dispositif de réseau d&#39;alimentation, sous-système d&#39;alimentation aérien et système de stations de base
CN109494460A (zh) 一种具有高隔离度的双极化/圆极化宽带高密度阵列天线
EP4210169A1 (en) Antenna structure and electronic device
CN112003002B (zh) 电磁带隙组件及天线
CN107834198A (zh) 一种多波束天线
CN207938797U (zh) Mimo天线阵列、mimo天线及基站
CN112563761B (zh) 一种天线装置及信号处理方法
CN114374085A (zh) 一种面向5g毫米波双频段应用的双极化混合天线
CN110504537B (zh) 一种基于多元寄生表面结构宽带二单元微带mimo天线
CN102651504A (zh) 平板双极化天线
CN110970740B (zh) 天线系统
CN117293548A (zh) 宽带高隔离度双极化天线和天线阵列
CN217134687U (zh) 一种双极化辐射单元、一种天线以及一种天线系统
CA3192549A1 (en) Antenna lattice for single-panel full-duplex satellite user terminals
CN113571901B (zh) 基站天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant