[论文解读] Millimeter Wave Multi-Beam-Switching Antenna

Vedaprabhu Basavarajappa, Beatriz Bedia Exposito+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2017

Millimeter-Wave Propagation and Modeling参考文献 6被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种在14 GHz频段工作的高增益端射印刷天线，带宽为2 GHz，集成于3×3子阵列中，适用于毫米波大规模MIMO系统。通过简单的两矢量激励矩阵，可同时实现波束赋形与多波束切换，实现高增益与紧凑外形，适用于5G应用，其层叠结构还提升了热管理性能。

ABSTRACT

The paper introduces a high gain end-fire printed antenna operating at 14 GHz with a bandwidth of 2 GHz. The 3x3 antenna sub-array formed of this element is used to present its beam steering and multi-beam-switching capabilities for millimeter wave Massive MIMO antenna arrays of 5G networks. The co-existence of these two techniques in a Massive MIMO sub-array, aided by the use of a simple two vector excitation matrix technique, is shown in this paper. The high gain and small form factor of the antenna is useful in applications, like 5G arrays, where space is premium and the inherent layered structure also aids to the better cooling of the antenna front end.

研究动机与目标

• 开发一种适用于毫米波5G大规模MIMO系统的紧凑型、高增益端射天线。
• 在单个天线子阵列中实现波束赋形与多波束切换的同步功能。
• 采用简单的激励技术集成波束成形与波束切换功能。
• 通过层叠式紧凑设计实现高增益与高效的热管理。
• 在14 GHz频点验证3×3子阵列配置下的多波束操作可行性。

提出的方法

• 设计一种在14 GHz频段工作、带宽为2 GHz的高增益端射印刷天线。
• 利用所提出的辐射元力建立3×3天线子阵列。
• 实施两矢量激励矩阵以控制波束方向与切换。
• 利用子阵列实现在单一阵列配置下同时实现波束赋形与多波束切换。
• 利用阵列的层叠结构提升热耗散性能，实现紧凑外形。
• 通过仿真与阵列因子分析验证波束图与增益性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 紧凑型、高增益端射天线是否能够在毫米波大规模MIMO系统中实现多波束切换？
• RQ2 波束赋形与波束切换在单个3×3子阵列中能否高效共存？
• RQ3 两矢量激励矩阵在控制波束方向与切换方面表现如何？
• RQ4 层叠结构在提升热管理与紧凑性方面具有多大程度的增强作用？
• RQ5 所提出的天线单元与子阵列可实现的增益与带宽性能如何？

主要发现

• 所提出的端射天线在中心频率14 GHz下实现2 GHz带宽，支持宽带工作。
• 3×3子阵列通过两矢量激励矩阵成功实现波束赋形与多波束切换。
• 由于端射辐射特性与3×3配置带来的阵列增益，实现了高增益。
• 层叠结构支持更优的热管理，提升了高功率毫米波应用下的可靠性。
• 紧凑外形与高增益使该设计适用于空间受限的5G毫米波系统。
• 通过仿真与阵列因子分析，验证了单个子阵列中波束成形与波束切换功能的集成可行性。