一种基于阻抗耦合与场耦合的紧凑天线阵列超指向波束成形方法

在大多数多输入多输出（MIMO）通信系统中，天线间距至少为半个波长以减小互耦。在此配置下，最大阵列增益等于天线数量。然而，当天线间距显著减小时，紧凑阵列的阵列增益可变得与天线数量的平方成正比，大大超过传统 MIMO 系统。实现这种“超指向性”需要复杂地计算激励系数（波束成形向量），这是一项具有挑战性的任务。在本文中，我们用一种新颖的基于双耦合的超指向波束成形方法解决该问题。具体而言，我们将天线耦合效应分类为阻抗耦合与场耦合。通过对这两种耦合建模，我们推导了超指向阵列的波束成形向量。我们证明了场耦合矩阵对天线阵列具有唯一解，且其本身具备充分表征失真耦合场的能力。基于该已证定理，我们提出了一种仅利用数量级为天线数的角度采样点即可精确计算耦合矩阵的方法。此外，研制了独立控制的超指向天线阵列原型。全波电磁仿真与真实实验验证了我们所提方法的有效性，且由 4 和 8 个偶极子天线组成的紧凑阵列在现实中实现了超指向性。