应用于移动终端的平面型小型化高隔离UWB-MIMO天线研究

摘要

不断提高数据传输速率、增大信息容量、提高服务质量，是人们对无线通信的不懈追求。随着技术的发展，传统的通信技术越来越难以达到此目标。于是新的通信技术不断出现，其中超宽带（Ultra-Wideband, UWB）技术和多天线（Multi-input Multi-output, MIMO）技术是其中两种重要的技术手段，二者各有优缺点。人们提出将二者结合，并充分发挥二者的优势，来有效提升信息的传输速率、增大信道容量。要达到此目的，高性能的UWB-MIMO天线必不可少。
　　要在有限空间的移动平台上安装多个超宽带天线单元构成的UWB-MIMO天线，必须解决天线单元的小型化、多单元的高隔离问题。为此，本论文针对这两方面的问题，研究了高隔离小型化 UWB-MIMO天线，并设计出几种结构紧凑、且具有较高隔离度UWB-MIMO天线。
　　首先，对UWB平面单极子天线单元的排列方式进行研究。通过电磁仿真，分别研究了两单元平行、正交和四单元平行镜像排列的UWB-MIMO天线的性能。由于单元距离较小时，平行排列的天线隔离度较低，为提高其单元间隔离度，设计了结构简单的倒 T形隔离结构，使得该天线两个单元仍然保持了较好的超宽带阻抗匹配和隔离特性。在2.3-12 GHz内反射系数都小于-10 dB，隔离度提高了9 dB以上，超过了20dB的良好效果。将仿真设计的部分单极子UWB-MIMO天线进行了加工和测试，并得到了天线S参数、辐射方向图、辐射效率和包络相关系数。
　　其次，研究设计了双极化 UWB-MIMO天线，设计了天线单元，并进一步构建了结构巧妙的四单元（八端口）双极化 UWB-MIMO天线。为了实现紧凑的结构，采用平面宽槽天线作为UWB天线单元，两个正交放置的共面波导端口给天线馈电，激励起相互正交的极化分量。此单元工作在3.4-11.7 GHz，且隔离度达到15 dB以上。进一步研究，设计了结构紧凑的四单元（八端口）双极化UWB-MIMO天线。通过合理设计单元间距，此多单元的UWB-MIMO天线具有与天线单元相同的阻抗匹配带宽和端口隔离度，且不同单元间的端口隔离度达到20 dB以上。通过仿真和测量，研究了天线的S参数、辐射方向图、效率和包络相关系数。结果说明，此天线具有良好的性能，可应用在实际的UWB-MIMO通信中。
　　最后对全文工作进行了总结，并对下一步研究进行了展望。

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第一章 绪论

1.1 研究小型化高隔离UWB-MIMO天线的意义

1.2 国内外研究历史与现状

1.3 本文的主要工作

1.4 本文的章节安排

第二章 UWB天线的理论基础及MIMO天线的分集技术

2.1 引言

2.2 UWB天线的性能参数

2.3 天线的基本电磁理论

2.4 平面UWB天线的馈电方式

2.5 MIMO天线的分集技术

2.6 本章小结

第三章 高隔离平面单极子UWB-MIMO天线研究

3.1 引言

3.2 平行放置的两单元高隔离度UWB-MIMO天线

3.3 正交的两单元高隔离的UWB-MIMO天线

3.4 四单元高隔离的UWB-MIMO天线

3.5 本章小结

第四章 平面双极化UWB-MIMO天线研究

4.1 引言

4.2 双极化UWB天线单元

4.3 高隔离双极化UWB天线单元

4.4 四单元（八端口）的双极化UWB-MIMO天线

4.5 本章小结

第五章 本文总结及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果