- 前言
从1G模拟技术到4G技术的长期演变，现在移动通信系统已经被世界上超过三分之二的人口使用，并且已经成为人们日常生活中的一个重要组成部分。目前大规模推广的技术是4G，所以相对来说，5G技术对大众来说还很陌生。正因如此，学术界和产业界目前还没有给5G一个确切的定义。现在对5G的初步定义是传输速率达到10Gb/s的下一代移动通信技术。著名的《时代》周刊也采用了这一说法。第五代移动通信技术（5G）是面向2020年以后的新一代移动通信系统，根据移动通信的发展规律，5G将具有超高的频谱利用率和能效。第五代移动通信系统将在第四代移动通信系统（fourth-generation，4G）的基础之上，进一步提升无线移动通信的网络系统、无线传输技术等。挖掘无限空间维度资源，提高功率效率的有效性和频谱效率的基本途径是运用多天线发送和多天线接收（multiple-input multiple-output，MIMO）技术。目前，在我们生活的范围内实现5G的全覆盖仍有难度，其因电磁波频率的提高而导致的波长变短，使得5G网络的使用范围有所下降。所以，扩大5G网络的辐射范围，或在一定辐射范围内增强信号强度便成为大势所趋。
- 国内外同类研究概况
2.1.1 国外：
由Kin-Lu Wong，Hao-Chun Tung,Tzung-Wern Chiou发表在《IEEE
Transactions on Antennas and Propagation》杂志上的《Broadband Dual-Polarized Aperture-Coupled Patch Antennas With Modified H-Shaped Coupling Slots 》（改进H形耦合缝隙的宽带双极化孔径耦合贴片天线）一文，提出了一种改进的H形耦合缝隙孔径折叠贴片天线的设计方法，用以实现宽带高隔离度的双极化辐射。与传统的H形耦合槽相比，采用这种耦合槽，使两个上臂向内弯曲成适当的角度，可以大大改善贴片天线两个馈电口之间的距离。另外，在每个馈电端口上使用一对改进型耦合槽时，可以进一步提高隔离度；在整个阻抗带宽上实现大于15%的高隔离度（小于-34db）和两个极化的良好交叉极化水平（大于20db）。
在由IEEE高级会员Shun-Shi Zhong，IEEE学生会员Xue-Xia Yang ，Shi-Chang Gao ，Jun-Hai Cui撰写并发表在《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》的文章《Corner-Fed Microstrip Antenna Element and Arrays for Dual-Polarization Operation》（双极化角馈微带天线单元及阵列）中，作者系统地研究了双极化角馈微带天线单元和薄层结构阵列。采用了扩展多端口网络法（EMNM）研究了单元和阵列的阻抗矩阵和参数。分析了共极化和交叉极化模式。结果表明，这种天线单元的隔离度比传统的边馈方形贴片天线单元高10db左右。基于EMNM理论，设计并分析了一系列新型双极化角馈贴片阵列。五种阵列的实验结果表明，这些阵列在视轴下的隔离度达到27-38dB，最大隔离度大于28-58dB，交叉极化水平小于-23~-30，明显优于类似的边馈双极化阵列。理论结果与实验结果吻合良好。
由YueHui Cui, RongLin Li,HuanZhan Fu撰写并于2014年9月发表在《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》杂志上的《A Broadband Dual-Polarized Planar Antenna for2G/3G/LTE Base Stations》（一种用于2g/3G/LTE基站的宽带双极化平面天线），创新的提出了一种适用于2G/3G/LTE基站的宽带双极化平面天线。双极化天线由两个垂直交叉的蝶形偶极子组成。每个蝶形偶极子由一根同轴线直接馈电的天线短截线激励，使双极化天线完全平面化。由于两个交叉偶极子之间的耦合，实现了宽带。结果表明，双极化天线的回波损耗为15dB，带宽为45%（1.7～2.7GHz），两个极化输入端之间的隔离度大于30dB。双极化天线的半功率波束宽度（HPBW）约为65°，plusmn;45°偏振光时平均增益为8.5dBi。8元双极化平面天线阵是为基站应用而研制的。天线阵的带宽为56%（1.63–2.9 GHz）。阵列的天线增益约为16 dBi，每个阵列的半功率波束宽度（HPBW）为65plusmn;8°。
在由Dan Sun, Zhaocheng Zhang, Xuequan Yan, Xunya Jiang撰写，并在2015年被《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》收录的文章《Design of Broadband Dual-Polarized Patch Antenna with Backed Square Annular Cavity》（背方环形腔宽带双极化贴片天线设计）一文中，作者提出了在宽频带微带贴片天线的地平面上设置一个方形环形腔，并以邻近耦合作为馈电机制，用来获得双极化。该天线具有四条顺序排列的馈电线，同一方向上的每一对相对的馈电线通过反相激励，在提高极化纯度的同时，提供了两对端口之间的高隔离度。腔体和贴片充当两个辐射器，腔体的方形环形形状改善了它们的平衡，从而提高了带宽。研究了基于粒子群优化（PSO）算法的天线设计，以及天线的主要参数。为了验证所提出的方法，制作了一个原型天线和一个馈电巴伦。测量结果表明，系统带宽为61%（有源电压驻波比lt;2），获得了较高的隔离度，和较好的辐射方向图。
由XuLin Quan及IEEE高级会员RongLin Li 撰写并被《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》收录的《A Broadband Dual-Polarized Omnidirectional Antenna for Base Stations》一文中，作者提出了一种用于移动通信的宽带垂直/水平双极化双向天线。双极化天线是由一个用于垂直极化（VP）的改进的低剖面单极子和一个用于水平极化（HP）的圆形平面环路组成的，改进的低剖面单极子是一个由四根管子短接的圆形折叠片，而圆形环路由四个半波长的偶极子组成。双极化全向天线的带宽约为25%（1.7-2.2GHz），各向异性约为40dB。在水平面上，VP的增益变化小于2.5dB，HP的增益变化小于1.5dB。研制了一种用于基站的八元双极化天线阵应用程序VP和HPA阵列的天线增益均为~8 dBi，相差小于1 dB。垂直面上的波束宽度对于VP为9plusmn;1°，对于HP为9plusmn;1.5°。VP和HP在水平面上的交叉极化水平均低于-20db。
2.1.2 国内：
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