近些年信息通信领域中,发展最快、应用最广的就是移动通信技术。基站天线作为移动通信中信号的中继站,决定了信号传输的质量。MIMO技术由于其几倍于传统天线的通信容量和较高的频谱利用率被广泛应用于现代移动通信系统中。本文基于以上实际应用需求本文着重研究了阵列环境中单元的辐射特性研究,具体工作如下:设计了一款加载了超表面的低剖面高增益双极化MIMO基站天线。该天线工作频段为1.8～2.9 GHz,天线由超表面、偶极子、短路柱,地板和尼龙柱构成。本文通过降低天线剖面获得了较高的天线增益,同时加载超表面以改善因降低剖面引入的阻抗失配。降低剖面带来了高增益的同时也导致了阻抗失配,通过超表面加载来降低剖面高度已经有文献中提到,但是往往加载的超表面尺寸过大,不适用于实际应用的大规模阵列中,因此本文采用多层小口径的超表面以获得与大口径超表面相同的性能。根据传输线理论,将天线等效为一个从同轴线馈电口看进去的二端口网络,超表面的加载引入了容抗抵消了由于降低剖面带来的感抗以重新获得阻抗匹配,多层超表面相当于加载了多个并联的等效电容也可以增加总体容抗最终获得与加载大尺寸的超表面相同的效果。在实际应用的三扇区基站中,需要保证大规模阵列中各个位置的阵元的10dB波束宽度均在125°左右。本文提出了一款阵列规模为6×4,阵元水平间距为80 mm,垂直间距为110 mm,由两种单元构成的48端口 MIMO天线阵列。该阵列的总体尺寸为600 mm×530 mm,由于水平间距较小且水平方向上阵元数量较多,因此阵列中间位置的阵元方向图波束宽度非常宽,因此需要采用高方向性天线来抵消由耦合带来的波束宽度的展宽。由于行间距较小,阵元的波束宽度更多地受到同一行阵元的电磁耦合影响,因此针对不同行采用了不同结构的阵元以保证阵列中所有单元的波束宽度均满足要求,同时这种方法也增加了天线阵列设计自由度。最终加工测试结果表明,该阵列中阵元的工作频带基本能覆盖1.8～2.9 GHz,同时各个端口方向图的10 dB波束宽度均在125°左右,在180±20°范围内前后比均在25 dB以上。