高隔离度的超宽带MIMO天线的研究与设计

摘要

随着社会经济的不断发展，人们对无线通信系统不断提高，在通信系统的容量、传输速率等方面提出了新的要求。使用多输入多输出（multiple-input-multiple-output, MIMO）天线系统可以在有限的带宽内，很好地提高信道容量、加快信息的传输速率、提升系统的可靠性。然而将多天线元设置在较小的空间内，将会引起天线元彼此之间的耦合，激发耦合表面电流，从而影响天线的整体性能。为此如何提高隔离度已成为MIMO天线技术发展的核心问题。同时，如何在宽带范围内，让MIMO天线的天线单元之间均保持良好的隔离度，也是一个重要研究方向。本文的主要研究内容如下： 1. 本文提出了一款缺陷地结构的超宽带天线，该天线采用共面波导馈电结构，天线的辐射贴片和接地地板都在介质基板的同一个面上，天线的馈电的特性阻抗为50欧姆。该天线的尺寸仅仅为20.8mm*26.1mm，厚度为1.6mm，介质基板采用的是FR4（相对介电常数是εr=4.4）；该天线的工作频段为：3GHz到14.5GHz；该天线的辐射贴片采用的是扇形结构，通过采用缺陷地结构和控制馈线与辐射贴片连接处之间的口径大小，来改变电流的分布，很好控制了天线与地板之间的耦合，最终实现了该天线良好的阻抗匹配。 2. 在第一款超宽带天线的基础上，我们设计了两款超宽带陷波天线：第一款超宽带陷波天线通过采用缺陷地结构，实现了该天线良好的阻抗匹配，通过仿真发现该天线的陷波频段为4.3-6.7GHz为陷波频段，工作带宽为3-14.5GHz，且天线在整个工作带宽内表现出良好的全向性。第二款超宽带陷波天线也是在第一款超宽带天线的基础上，通过在其辐射贴片上刻蚀一个椭圆形的开口谐振环，最终实现了该天线的工作带宽从3.1-15GHz的频率覆盖，并且在5-6GHz之间产生了一个陷波。 3. 设计了一款23.73mm*50.53mm*0.8mm尺寸大小的MIMO天线，该天线采用FR4介质基板，相对介电常数为4.4，厚度为0.8mm。该天线的工作频带为3.1-16.8GHz。通过在地板上刻蚀T形槽，和在天线地板之间添加寄生金属条带，使得本文所设计的超宽带MIMO天线的隔离度在工作整个带宽内超过17dB，在绝大多数带宽内超过 20dB，本文所设计的超宽带 MIMO 天线的尺寸远小于同类天线尺寸。

目录

第一个书签之前