1 导言
在无线通讯中运用MIMO体系能够使体系容量成倍进步。近些年，许多已宣布的文章都说到线性单极化阵列MIMO体系，而多极化天线才刚开端遭到重视。A. S. Konanur在他的文中提出一种由圆环和偶极子构成的矢量天线，研讨成果表明多极化天线MIMO阵列比相同天线单元数的单极化天线阵列的信道容量更大。不同极化方向的分支之间相关系数很低，彻底可看作彼此独立的收发通道。因而，多极化天线能够使用更少的体积完成更多的计算独立多径通道，然后有效地进步体系容量和传输速率。
使用空间坐标系三个轴方向彼此正交的特色，三极化天线能够规划出三个正交方向极化，在有限的体积内完成三个独立的收发通道。Itoh等人提出了一种由两个笔直缝隙和单极子构成的三极化天线。Das等人提出一种由双极化圆形贴片和单极子构成的三极化天线。Gray等人在他的文中介绍了一种由双极化介质谐振器和单极子构成的三极化天线。
本文提出的三极化天线是一种共形天线，强度高、占用空间少，而且完成了三个正交的极化，在2.4~2.59GHz规模内反射系数小于-10dB。共形结构的天线高度仅为10.8mm，三个端口间的阻隔度别离优于-16dB、-30dB和-40dB。
2 天线的结构规划
选用双缝耦合对贴片馈电能够有效地进步端口间的阻隔度，本发明正是选用的这种办法对圆形贴片进行馈电构成双极化。天线结构如图1所示。天线由两层介质层基片组成，别离为介质基片1和介质基片2。双极化圆形贴片附着于基片1上外表。两个“H”型缝坐落介质基片1和基片2之间的接地平面，在双极化圆形贴片和馈线间进行耦合馈电。两条微带馈线坐落介质基片2的下外表，并别离坐落相应缝隙的下方，馈电构成和X轴，Y轴平行的两个方向的正交极化。两个“H”形缝隙呈“T”形放置，用于改进两个缝隙的阻隔度。
图1 三极化天线结构图.(a)俯视图(b)侧视图
因为圆形贴片上鼓励起的两个正交形式在贴片中心处的电场皆为零，所以能够在双极化圆形贴片中心处参加短路销钉或其它的短路条件而不对两个正交模产生影响。咱们提出的规划方案正是使用了这种短路边界条件，将一根同轴线从贴片中心点穿过。同轴线的外导体一起与接地平面和双极化圆形贴片单元相连。同轴线的内导体和一个圆盘加载的单极子天线相连。这个单极子天线鼓励起的电场和Z轴平行。在单极子天线的作业形式中，双极化圆形贴片被用作大地。
本发明选用了加载单极子天线而不是四分之一波长单极子天线作为辐射单元，然后有效地减小了单极子的高度。在2.6GHz的作业频率，四分之一波长单极子天线需求29mm的高度，传统的加载单极子天线一般也有15mm的高度。
为了确保共形的要求，本发明选用的加载单极子天线的高度为5mm。跟着加载单极子天线高度的下降，加载圆盘和大地之间的等效并联电容值开端添加，然后导致加载单极子天线的端口匹配恶化。为了抵消等效并联电容的影响，本发明在天线输入端引入了1.5nH的并联电感，使并联电感、%&&&&&%构成的谐振电路在天线的作业频段内谐振而抵消，然后完成了纯阻特性的天线输入阻抗。
天线的详细尺度如图1所示，图1a和图1b别离是天线的俯视图和侧视图。整个天线体积为94mm*94mm*10.8mm。介质基片1的介电常数为2.6，介质基片2的介电常数为4.5。两个介质层由W，L，R，h1和h2界说，“H”型缝隙由ds，ls，la1，la2，wa1，wa2，D界说，加载单极子天线由h0，r界说。
实践天线的规划参数如下：W=L=94mm，R=40mm，h1=5mm，h2=0.8mm，h0=5mm，r=15.6mm。端口1：ds1=32.5mm，ls1=7mm，la1=17mm，la2=2mm，wa1=1mm， wa2=4mm。端口2：ds2=47mm，ls2=8.8mm，la1=11.4mm，la2=2mm，wa1=1mm，wa2=4mm， D=12.3mm。
双极化圆形贴片鼓励起平行于X，Y轴的两个正交方向的电场，加载单极子鼓励起了平行于Z轴方向的场，故该天线构成了三个方向的极化。
3 天线的实测成果及剖析
图2给出了天线实测的反射系数，能够看到各端口反射系数小于-10dB的带宽规模丈量成果别离如下：S11(单极子端口M1)带宽2.38-2.59GHz，S22(端口P1)带宽2.38-2.62GHz，S33(端口P2)带宽2.40-2.61GHz。
图2 三端口反射系数实测曲线 图3给出了天线三端口间实测的阻隔度。能够看出，端口P1和端口M1的阻隔度在带宽规模内小于-16dB，端口P1和端口P2的阻隔度在带宽规模内小于-30dB，端口P2和端口M1在带宽规模内小于-40dB。丈量成果表明，槽耦合馈电三极化天线的三个端口彼此阻隔作用抱负，均能够独立作业。
图3 任两端口的阻隔度在频带规模的改变曲线
图4为各端口实测方向图。为了便于方向图的比较，一切的方向图都进行了相应的归一化。图(a)(b)为端口P1的XZ、YZ面方向图。从成果图中可知，在XZ面内E_theta大于E_phi，而在YZ面内，E_phi大于Etheta，则阐明端口P1辐射的电场平行于X轴。端口P2的XZ、YZ面方向图为图(c)(d)，也能够看出端口P2辐射的电场与Y轴平行。图(e)(f)所示为端口M1的XZ、YZ面方向图。从实测成果能够看出，不管在XZ面仍是YZ面，端口M1的E_theta都大于E_phi，阐明端口M1的电场为平行于Z轴方向。可见天线有三个正交的极化形式。
图4 各端口的实测方向图
4 定论
本文规划并制作了一种新式的三极化共形天线，经过在圆形贴片上加载圆形贴片单极子的办法来完成三个正交方向的极化。研讨了该天线的特性并进行了实践验证，实测数据和理论剖析十分符合。三个端口的带宽均大于-190MHz，天线的各端口阻隔度别离大于-16dB、-30dB和-40dB。此种三极化共形天线外形荫蔽、占用空间少、进步体系容量的长处能够在无线移动通讯范畴广泛应用。
