MIMO移动终端系统多频宽带天线设计

摘要

MIMO技术以其在提高信道容量和频谱利用率的巨大优势,被人们普遍认为是下一代无线通信的关键技术之一。MIMO天线设计是MIMO系统的重要组成部分。终端移动设备相比于基站来说,在成本、重量和体积方面有严格的要求,并且终端狭小空间限制了多天线之间的安装距离,由此带来的互耦影响会大大降低M IMO系统的性能。此外,移动通信的多元化发展和各种频段服务的推出,也要求移动终端可以工作在多个工作频段并具有较好的带宽性能。因此,设计出具有多频覆盖能力和宽频特性的高隔离MIMO移动终端天线就显得尤为重要。本文主要工作概括如下:
　　首先,设计了一款双频宽带平面印刷天线。天线单元由两个类“C”形和倒“L”形单极子组成。实测表明天线单元频带范围(S11<-10dB)为1.89-5.21GHz,很好的满足2.4GHz(2.4-2.484GHz)和3.5GHz(3.4-3.69 GHz)双频工作带宽要求。通过变化和组合类“T”形地支结构和地板开设倒“S”形槽等方法,提出三种附加的去耦结构,结合原有天线单元,完成了近距离下MIMO天线的低互耦设计。经过加工和实测,上述方案中天线可实现工作带宽为(S11<-10dB)为2.10-3.85GHz,完全覆盖了2.4GHz和3.5GHz的工作频段,且带宽内的隔离度均优于20dB。
　　其次,提出了一款双倒“F”形宽频天线。通过对传统倒“F”形天线的结构与馈电方式的改进,有效的改善了阻抗带宽,增强了对天线匹配的调谐能力。接着进一步研究了其双单元在不同布局的方式下对原有带宽和隔离度的影响。给出了分析结果和影响MIMO性能的关键结构因素。为后续的多频MIMO天线设计和优化提供一定的借鉴和参考。
　　最后,以双倒“F”形天线为基本单元,利用地板开设“U”形槽的去耦结构,提出了一款宽频带紧凑型MIMO天线。在耦合距离进一步减小的条件下,该天线不仅实现了隔离度的提升,附加隔离槽的引入也使MIMO天线整体的阻抗特性得到了加强。实测数据显示天线带宽范围(S11<-10dB)为2.2-3.8GHz,4.5-6.25GHz。覆盖目前Wlan2.4GHz(2.4-2.484GHz)、5.2GHz(5.15-5.35GHz)、5.8GHz(5.7-5.825GHz及Wimax3.5GHz(3.4-3.69 GHz)、5.5GHz(5.25-5.85GHz)等多个波段,且上述带宽范围内隔离度都优于15dB。通过计算,低相关系数和分支功率比保证了MIMO系统良好的分集性能。

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第一章 绪论

§1. 1 课题背景及其意义

§1. 2 课题国内外研究现状

§1. 3论文组织结构

第二章 MIMO天线基本理论

§2. 1引言

§2. 2天线的主要性能参数

§2.3 MIMO分集性能指标

§2. 4 本章小结

第三章 双频宽带MIMO天线

§3. 1 引言

§3. 2 类“C”形与倒“L”形结构单元天线设计

§3.3 双频宽带MIMO天线去耦

§3. 4 本章小结

第四章 多频宽带MIMO天线

§4. 1 引言

§4. 2 双倒“F”形结构单元天线设计

§4.3 多频宽带两单元MIMO天线

§4. 4 本章小结

第五章 总结与展望

§5. 1 论文工作总结

§5. 2 下一步研究工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果