4G移动通信中的MIMO天线设计与性能研究

摘要

随着传输速率和通信质量的提高，频谱资源稀缺和多径衰落等问题日益突出，MIMO系统可充分利用空间资源，有效地提高传输速率和频谱利用率。随着手机超薄化、智能化的发展趋势，手机等移动终端中留给天线的空间越来越小，且4G网络需同时兼容2G、3G网络，这就需要MIMO天线不仅要尺寸小还需具备较宽的频带。同时，金属边框的引入严重影响了智能机内置天线的阻抗匹配和辐射性能，这大大增加了MIMO终端天线的设计难度。本文结合已有文献详细分析了几款小型化宽频化天线设计方案，并在此基础上提出了三款智能机MIMO天线的设计方案。
　　首先，本文提出了一款基于混合去耦结构的多频段智能机MIMO天线的设计方案，天线单元由耦合馈电的环形天线和单极子天线组成，由中和线和突出地组成的混合去耦网络大大提高了MIMO系统的隔离度，且天线结构简单、紧凑，易于加工。
　　然后，本文提出了一款基于环天线的金属边框智能机MIMO天线设计方案，金属边框被分为四部分，通过倒L型馈电枝节耦合馈电分别在天线的低频段和高频段产生谐振，与内置耦合环天线共同实现了对WWAN/LTE频段的覆盖，且两个天线单元分别在系统基板的两个角落，实现了良好的隔离效果。
　　最后，本文提出了一款基于Monopole天线的金属边框智能机MIMO天线的设计方案，天线单元由金属边框与弯折型Monopole天线组成，金属边框通过Monopole耦合馈电谐振在低频段，Monopole天线与金属边框的高阶谐振点共同覆盖天线的高频段，通过在地板上加载弯折开槽线，MIMO系统的隔离度得到明显提高。
　　本文对所提出的三种设计方案的可行性均进行了实验验证，测试结果表明三款天线均能满足带宽、隔离度及辐射性能的要求；为分析天线与人体之间的相互作用，对其中两款天线进行了手头模型的仿真，结果表明天线性能稳定，SAR值低，满足实际工程需求。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 4G移动通信中MIMO天线研究的背景及意义

1.2 移动通信中MIMO天线国内外的研究现状

1.3 本论文的结构安排

第二章 智能机MIMO天线的理论基础和设计方法

2.1 智能机MIMO天线的基本参数

2.2 常用的手机天线的基本原理

2.3 智能机天线的小型化宽频化技术

2.4 本章小结

第三章 基于混合去耦结构的多频段智能机MIMO天线设计

3.1 引言

3.2 多频段MIMO天线设计

3.3 MIMO天线去耦原理

3.4 MIMO天线性能评估

3.5 本章小结

第四章 基于环天线的金属边框智能机MIMO天线设计

4.1 引言

4.2 金属边框MIMO天线设计

4.3 MIMO天线性能评估

4.4 MIMO天线与人体组织的相互作用

4.5 本章小结

第五章 基于Monopole天线的金属边框智能机MIMO天线设计

5.1 引言

5.2 基于Monopole天线的金属边框MIMO天线单元设计

5.3 MIMO天线的去耦结构设计

5.4 MIMO天线性能评估

5.5 人体组织对MIMO天线的作用

5.6 本章小结

第六章 全文工作总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 后续工作和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果