小型化三极化MIMO天线的设计与研究

发布时间：2017-06-19 15:11

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【摘要】：极化分集能提高频谱利用率,在相同体积内,理论上三极化通信系统能获得单极化通信系统三倍的信道容量。特别是在散射丰富的环境中,共址电磁三极化天线可以实现多达六个极化自由度。这使得三极化天线有了非常广阔的应用前景。因此三极化天线的设计具有理论和实际价值。本文基于不同应用场景,研究了多种三极化共址天线。本文的主要工作是:(1)提出了一种实现缝隙天线小型化的结构,该结构在接地面上开多组短截缝,不仅可以减小缝隙的长度到87.5%,而且还可以改善缝隙天线组阵时的隔离和极化纯度。(2)提出了微带和同轴馈电的两种三极化共址全模缝隙天线的实现方案,这两种天线都是关于天线结构中心点对称的天线,其中同轴馈电天线每个单元也为对称结构。仿真分析了短截缝尺寸等参数对天线性能的影响,在此基础上,设计制作了微带和同轴馈电的两种三极化共址全模缝隙天线,仿真和实测结果显示,在E面全向上,主极化与交叉极化之差均大于15dB,天线三个端口之间的隔离度微带馈电时大于43dB,同轴馈电时大于30dB,工作带宽分别为为102MHz和110MHz。添加短截缝之后,微带馈电方式的天线单元之间的包络相关系数从-35dB降低到-50dB以上(利用S参数计算),而同轴馈电方式的天线单元3-D包络相关系数从0.38减小到0.28。这两种天线都适用于对极化纯度和隔离度要求高的MIMO通信系统,尤其适合多散射环境中的极化分集应用。(3)同轴馈电的两种三极化共址半模缝隙天线。通过将三个缝隙天线的中点重合实现了严格的共址天线,其工作带宽为129MHz,可以应用于对体积要求严格的多极化场景。上述小型化多极化天线具有较高的极化纯度和隔离度,辐射方向性图完整,这些特性都有利于提高MIMO系统的性能。
【关键词】：微带天线 三极化 MIMO 共址 小型化
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 极化信道简介10
• 1.3 极化天线的研究现状10-15
• 1.3.1 多极化天线的研究现状10-12
• 1.3.2 缝隙天线的研究现状12-15
• 1.4 本文的主要工作15-17
• 第二章 天线的基本原理17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 多极化天线的参数17-21
• 2.2.1 线性偶极子天线的方向图17-20
• 2.2.2 多端口天线S参量表示20-21
• 2.3 MIMO天线之间的互耦21-23
• 2.3.1 互耦的概念21-22
• 2.3.2 互耦对天线方向图的影响22-23
• 2.4 MIMO天线的相关特性23-26
• 2.4.1 包络相关系数方向图描述23-25
• 2.4.2 交叉极化功率比的测量25-26
• 2.4.3 包络相关系数S参量描述26
• 2.5 缝隙天线的基本原理26-28
• 2.6 多极化天线的应用场景28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 微带耦合馈电的三极化缝隙天线29-51
• 3.1 引言29
• 3.2 缝隙天线的馈电29-34
• 3.2.1 缝隙天线的馈电方式选择30-31
• 3.2.2 缝隙天线单元的结构31
• 3.2.3 缝隙天线单元的驻波比和方向图31-33
• 3.2.4 缝隙天线单元的介质基片选择33-34
• 3.3 三极化缝隙天线设计34-37
• 3.3.1 三极化缝隙天线的结构34
• 3.3.2 不带短截缝隙三极化天线实物图34
• 3.3.3 三极化缝隙天线的测试结果34-37
• 3.4 改进的三极化缝隙天线设计37-45
• 3.4.1 带短截缝隙三极化天线实物图39
• 3.4.2 带短截缝隙天线单元的S参数和方向图39-40
• 3.4.3 短截缝隙宽度对天线的性能影响的测试分析40-43
• 3.4.4 短截缝隙长度对天线的性能影响的测试分析43-45
• 3.4.5 短截缝隙间隔对天线的性能影响的测试分析45
• 3.5 三极化缝隙天线仿真测试结果分析45-48
• 3.6 天线的包络相关系数48-50
• 3.7 本章小结50-51
• 第四章 同轴馈电的三极化天线设计51-65
• 4.1 引言51
• 4.2 同轴馈电的缝隙天线设计51-55
• 4.2.1 不带短截缝隙的天线单元设计51-53
• 4.2.2 不带短截缝隙的天线53-55
• 4.3 改进的同轴馈电缝隙天线设计55-60
• 4.3.1 带短截缝隙的天线55-56
• 4.3.2 带短截缝隙的天线实物图56-60
• 4.4 未带短截缝隙与带短截缝隙之间的对比60
• 4.5 同轴馈电三极化天线的包络相关系数60-62
• 4.6 用方向图计算三极化天线的包络相关系数62-64
• 4.7 本章小结64-65
• 第五章 小型化三极化天线的设计65-73
• 5.1 引言65
• 5.2 小型化三极化天线的设计65-70
• 5.3 天线的实物图70-71
• 5.3.1 不带短截缝隙的天线70
• 5.3.2 带短截缝隙的天线70-71
• 5.4 小型化三极化天线的包络相关系数71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 参考文献75-78
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文78-79
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利79-80
• 致谢80

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本文编号：462897