研究目的
研究阵列几何形状对MIMO天线阵列互相关分集增益性能的影响。
研究成果
该论文表明，MIMO天线阵列的几何形状会显著影响其分集增益性能。通过优化阵列单元的位置和方向，即使在小尺寸阵列条件下也能实现高分集增益。研究还确定了关键的天线密度阈值，超过该阈值后分集增益将不再提升，为MIMO系统设计提供了重要参考依据。
研究不足
该研究以无限小偶极子作为主要辐射单元，可能无法完全反映更复杂天线类型的行为特征。此外，优化过程计算成本较高，尤其对于大型阵列而言。
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基于电磁设计方法的多输入多输出天线阵列最优分集增益性能经验几何边界研究
DOI：10.1109/ACCESS.2018.2844022
期刊：IEEE Access
出版年份：2018
更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要：
我们提出了一种通用设计方法，通过工程化阵列几何形状来合成具有最优互相关分集增益性能的表面或体多输入多输出（MIMO）天线阵列。该设计算法基于用无穷?。ǖ缧。┡技诱罅斜平我馓煜呒负喂剐?，继而利用新近提出的互相关格林函数计算远场互相关性，无需显式测量或计算远区场。该方法通过直接关联远场互相关性与天线阵列几何细节（位置与取向），采用全局优化策略（遗传算法）在给定几何形状内寻找MIMO天线单元的最优位置与取向，从而实现统计最优的系统性能。我们提供了包括多种阵列拓扑结构（固定式与共形式）在内的广泛数值结果，研究了阵列密度、单元位置及相对取向对可达成分集增益的影响。本文还阐述了该设计方法针对MIMO环境中存在地平面这一重要特殊情形的扩展方案。研究发现：通过精确控制各单元位置与取向，小型MIMO接收终端可适配任意几何形状。所得阵列尺寸均小于0.35λ×0.35λ且分集增益达80%以上。同时发现每种天线拓扑都存在单位面积/体积天线临界数量，超过该值后分集增益不再提升——这一几何本质的上界通过电磁分析获得，清晰揭示了天线相对定位与取向的影响。研究考察了圆盘、环形、球体及球壳等多种二维/三维阵列配置并列表给出其临界阵列密度，还提供了机载雷达罩共形阵列的实际案例。对比仅位置优化、仅取向优化、位置与取向联合优化及随机阵列的分集增益性能发现，单独调控相对取向也能显著提升MIMO阵列性能。本方法可扩展至更复杂天线类型，亦适用于连续大辐射/接收天线表面的可扩展计算分析及大规模MIMO场景。特别对于毫米波应用，海量微小天线阵列的优化需求将提升对本文这类精确通用设计算法的要求。
作者：
SAID M. MIKKI，SéBASTIEN CLAUZIER，YAHIA M. M. ANTAR
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