紧凑型宽带MIMO天线技术的研究

摘要

随着无线通信技术的飞速发展，4G技术已经趋向成熟，但是在未来的移动互联网和物联网时代，4G网络的传输速率仍无法满足消费者的需求，第五代通信系统（5G）的研发已迫在眉睫。增加信号传输速率一般有两种办法：提高信道带宽和增加收发天线。随着频谱资源日益枯竭，进一步提高信道带宽会变得非常艰难。增加收发天线的方式即MIMO（多输入多输出）天线技术,不需要增加额外的频率带宽就能提高信号的通信质量而成为了近几年国内外的研究热点。
　　目前 MIMO天线的设计存在诸多挑战。移动智能设备小型化和轻薄化的发展趋势使得天线的设计空间越来越紧凑，紧凑的天线空间必然会导致天线单元之间的高互耦，内部的电磁环境变得更为复杂，天线的辐射特性也会遭到严重的破坏。因此如何在紧凑的空间内提高天线单元之间的隔离度成为了本文重点研究的课题。
　　1.设计了一款具有双频特性的平面缝隙MIMO天线。在已有终端开路的缝隙上加载一条 L型金属条使得天线单元获得双频特性。去耦的思路：利用3条缝隙抑制低频谐振模式的表面电流，而高频谐振模式的缝隙位置相对较远，互耦也就相对较小。最后对设计的天线进行了实物加工，仿真和测试的结果证明了该 MIMO天线有效地覆盖了2.4G-WLAN和5.8G-WLAN频段，并在低频段和高频段分别获得大于17.2dB和38.5dB的隔离度，满足了MIMO天线的设计要求。
　　2.基于弯折线技术提出了一款覆盖2.4G-WLAN和5.8G-WLAN频段的MIMO天线。去耦思路：利用天线的布局将产生低频模式的枝节放在天线的最远端，进而降低天线单元低频时的互耦，但这样的布局导致了高频谐振模式的枝节间产生了强烈的互耦，因此另外加载了中和线技术来抑制高频时的耦合。通过对设计的天线进行加工测试，结果说明该双频MIMO天线有效地覆盖了2.4G-WLAN和5.8G-WLAN频段，两个工作频段内的隔离度也均大于15dB，可以很好地应用在WLAN系统中。
　　3.利用正交极化和地板枝节相结合的方法分别设计了一款二单元紧凑型宽带MIMO天线和一款四单元紧凑型宽带MIMO天线。天线单元采用了带宽较宽的圆形平面单极子天线，通过控制圆形槽的变量获得想要的频率。去耦思路：利用正交极化和地板枝节抑制天线单元间的近场耦合和表面波耦合。最后对设计的两款宽带MIMO进行加工测试，测试的和仿真的结果证明二单元紧凑型宽带 MIMO天线有效地覆盖了2.74-5.0GHz频段，并获得了大于20dB的隔离度；四单元紧凑型宽带MIMO天线能够有效覆盖2.54-3.2GHz频段，天线单元之间的互耦均小于15dB，满足MIMO天线设计要求。

目录

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插图索引

符号对照表

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 论文的主要研究内容与工作安排

第二章 MIMO天线的基础知识

2.1 MIMO天线单元的主要形式

2.2 MIMO天线的性能参数

2.3 MIMO天线单元间的耦合源

2.4 本章小节

第三章 基于平面缝隙的双频MIMO天线设计

3.1 引言

3.2 平面缝隙天线单元的设计

3.3 二单元MIMO天线的设计

3.4 去耦缝隙的工作机理

3.5 天线的仿真与实测结果对比

3.6 本章小结

第四章 基于弯折线技术的双频MIMO天线设计

4.1 引言

4.2 弯折线型天线单元设计

4.3 二单元MIMO天线的设计

4.4 中和线的工作机理

4.5 天线实测与仿真结果对比

4.6 本章小节

第五章 利用正交极化和地板枝节相结合的紧凑型宽带MIMO天线设计

5.1 引言

5.2 圆形平面单极子天线单元设计

5.3 二单元紧凑型宽带高隔离度的MIMO天线

5.4 天线的仿真与实测结果

5.5 四单元MIMO天线单元的设计

5.6 四单元紧凑型宽带高隔离度MIMO天线设计

5.7 天线的仿真与实测结果

5.7 本章小节

第六章 总结

参考文献

致谢

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