《IEEE Access》：High-Gain Eight-Port Dual-Polarized Magneto- Electric Dipole MIMO Antenna Array for 5G Small-Cell Base Station Applications
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为解决5G小基站在亚6GHz频段对宽带、高增益和极化多样性的需求，研究人员设计了一种基于花瓣形辐射单元的双极化磁电偶子（ME Dipole）MIMO阵列天线。该天线通过Γ形馈电结构和箱形反射器，实现了91.8%的阻抗带宽（2-5.4 GHz）和16.5 dB的峰值增益，同时端口隔离度优于30 dB，辐射效率超过90%。其全金属无介质结构有效降低了损耗，为高密度城市环境中的5G小基站部署提供了紧凑高效的解决方案。
随着5G技术的快速普及，城市环境中对高速、低延迟通信的需求日益增长，而小型基站（SBS）作为弥补宏基站覆盖盲区的关键设备，其天线性能直接影响到网络质量。然而，传统天线在亚6GHz频段下面临带宽有限、增益不足、极化方式单一等问题，尤其在高密度多径环境中容易受干扰。此外，MIMO（多输入多输出）技术虽能提升信道容量，但多天线单元间的耦合效应会降低隔离度，制约系统性能。因此，开发兼具宽带、高增益、低耦合且支持双极化的天线成为5G小基站部署的迫切需求。
在此背景下，印度韦洛尔理工学院电子工程学院的B. Praveen Kumar与Usha Kiran Kommuri在《IEEE Access》上发表研究，提出了一种新型八端口双极化磁电偶子（ME Dipole）MIMO天线阵列。该设计通过花瓣形辐射单元、Γ形馈电结构和箱形反射器的协同优化，在2-5.4 GHz频段内实现了91.8%的阻抗带宽，覆盖4G及5G N76/N77/N78频段；阵列峰值增益达16.5 dB，端口隔离度超过30 dB，辐射效率稳定在90%以上，显著提升了5G小基站在复杂环境中的通信可靠性。
关键技术方法
研究通过Ansys HFSS仿真优化天线结构，采用花瓣形辐射单元增强带宽，结合Γ形馈电（含渐变传输线与耦合带）实现阻抗匹配；使用全铜材质避免介质损耗，并通过箱形反射器抑制旁瓣和背瓣辐射；基于1×8微带功分器激励2×2 MIMO阵列，元素间距优化为1.18λ0（3.5 GHz处），以平衡隔离度与阵列尺寸。
研究结果
- 1.
单元素天线性能
花瓣形辐射单元与正交放置的Γ形馈电结构使天线在2-5.4 GHz频段内回波损耗（S11）低于-10 dB，阻抗带宽达91.8%。箱形反射器将前后比（FBR）提升至35-45 dB，增益稳定在10.6 dB，辐射方向图在E面和H面保持对称（图13）。
- 2.
MIMO阵列性能
2×2阵列的实测增益为11.6-15.8 dB，与仿真结果误差小于0.8 dB（图17）。相邻端口隔离度最高达-65 dB，全频段优于-30 dB（图18），半功率波瓣宽度（HPBW）变化小于13°，交叉极化（X-Pol）抑制优于21 dB（表1）。
- 3.
MIMO系统指标
总活动反射系数（TARC）低于-10 dB，信道容量损失（CCL）<0.3 bits/Hz，包络相关系数（ECC）<0.006，分集增益（DG）接近10 dB（图22-25），表明阵列在多径环境下具备优异的分集性能和信道容量。
结论与意义
该研究通过结构创新实现了宽带、高增益与低耦合的平衡，解决了5G小基站天线在有限空间内兼顾多频段覆盖与高隔离度的难题。全金属设计避免了介质损耗，箱形反射器提升了方向性和前后比，而紧凑的阵列布局适用于城市基础设施的密集部署。相比现有磁电偶极子设计（表2-3），该天线在带宽和增益方面具有明显优势，为未来5G-Advanced及6G的基站天线设计提供了重要参考。
