紧凑型宽带MIMO天线设计

摘要

在4G已经商用，5G即将到来的背景下，通信系统对信道容量、误码率、传输速率等都有了更高要求。作为4G/5G的核心技术之一，MIMO技术通过在发射端和接收端布置多根天线，可以很好的解决这个问题。在终端设备或者微基站设备小型化趋势下，MIMO天线同样面临着小型化趋势。与此同时，而不同国家地区不同运用商通信频段不一致，这也促进 MIMO天线的宽带化趋势。因此研究和设计具有紧凑结构的宽带MIMO天线具有实用价值。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了MIMO天线的背景和发展趋势，对MIMO天线如何实现高隔离度、宽带和紧凑设计进行了归纳总结，为下文多款紧凑型宽带MIMO天线设计打下基础。介绍了MIMO天线基本模型和与MIMO天线相关的特殊性能指标，包括信道容量、相关系数、平均有效增益和分集增益。⑵设计了一款多模宽带MIMO天线。其通过激励起天线的多个工作模式而实现宽带设计，通过共用部分辐射结构来实现小型化设计，端口之间的极化分集实现了高隔离度。论文通过电流和电场分布分析了天线端口1的工作模式。对设计的天线进行加工测试，测试结果和仿真结果基本一致。论文对其分集性能进行了测试，结果表明天线具有良好的分集性能。所设计天线尺寸为56×48mm2，工作带宽1.91-4.98GHz，该天线可以用于宽带无线终端通信系统。⑶为解决超宽带MIMO天线小型化问题，设了一款基于Koch分形结构的紧凑型超宽带MIMO天线。该天线通过在辐射振子和缝隙边缘设置Koch分形结构实现了天线的小型化设计，通过利用天线本身的定向辐射特性和地板开槽实现了高隔离度。对所设计的天线进行了加工测试，电路参数测试了全频段，辐射参数由于测试环境限制测试了6GHz以下部分频点。论文同时分析了测试和仿真误差产生的原因。所设计的超宽带MIMO天线尺寸仅为32×23mm2。⑷为了实现MIMO系统通信容量的进一步提升，设计了一款10端口双极化MIMO天线，包含5个水平极化单元和5个垂直极化单元。相同极化单元之间隔离度通过天线的端射性能提高，不同极化天线单元之间通过极化分集实现了高隔离度。所设计10端口MIMO天线垂直和水平极化工作带宽为1.9-3.34GHz，天线单元隔离大于17dB。该天线可以可应用于多接入点场景下的无线通信设备。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3本文主要研究工作和结构安排

第二章 MIMO天线基础理论

2.1 MIMO系统的基本模型

2.2 MIMO系统信道容量

2.3 MIMO天线特有的参数

2.4本章小结

第三章 多模宽带MIMO天线设计

3.1天线的设计思路

3.2天线基本结构

3.3天线仿真与设计原理

3.4天线加工实测与结果讨论

3.5本章小结

第四章 紧凑型超宽带MIMO天线设计

4.1天线设计思路

4.2天线基本结构

4.3天线的设计流程与原理分析

4.4天线加工实测与结果讨论

4.5本章小结

第五章 双极化多端口宽带MIMO天线设计

5.1天线设计思路

5.2天线基本结构

5.3天线的仿真和原理分析

5.4本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

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