基于特征模的可穿戴MIMO天线
发布时间：2019-08-24 09:52
【摘要】：传统的矩形单极子天线带宽无法满足越来越多的无线通信设备的需求。基于特征模理论,通过分析天线的特征值,把表面电流分解成相应的特征电流。它可以从物理本质上研究天线的辐射机理,从而有效的指导天线设计。改进了天线结构和馈电方法,采用柔性Kapton Polyimide基板材料,设计了可穿戴的单极子天线,并用于多输入多输出天线系统,以保证信息传输的可靠性。为了降低耦合,提出了桥连开口谐振环(Bridged Split Ring Resonator,BSRR)结构,优化了它与天线的间距。仿真结果表明,S11-10d B时的带宽为2.45GHz-13.19GHz,带宽覆盖FCC规定的UWB频段。与不加BSRR结构相比,MIMO天线之间的耦合降低了15.4785d B。
【图文】：
0n时，表示该模式在此频率下储存的磁能，呈现感性；当0n时，表示该模式在此频率下谐振，为谐振模式；当0n时，表示该模式在此频率下储存的电能，呈现容性。在天线设计中，特征值和特征电流只与天线的结构、尺寸和工作频率有关，和激励信号无关。因为n变化范围很大，不便观察，所以引入变化范围在(0,1内]的量ModalSignificance（MS），1|1|nMSj（6）1.2特征模在天线分析与设计中的应用文献[7]给出了传统的共面波导馈电的矩形单极子天线，其天线结构和HFSS仿真得到的反射系数如图1所示。图1传统的单极天线结构和反射系数由结果可知，11S10dB时的天线带宽为2.03GHz5.02GHz，无法完全覆盖美国联邦通信委员会（FCC）规定的超宽带频段。下面用FEKOSuite7.0全波仿真软件进行特征模分析，前六个模式对应MS随频率的变化曲线如图2所示。由图2可知，频率为7GHz时，主导模式为13JJ，电流分布如图3所示。由图3可知，在7GHz时电流并未流过辐射贴片的整个表面，所以辐射性能略低。为了提高图2矩形单极子天线前六个模式图3频率为7GHz时归一化特征电流辐射性能以达到超宽带的目的，，通过改变天线的形状来迫使模式电流流经整个天线表面，增加电流流过的路径，展宽带宽。2可穿戴MIMO天线单元基板采用柔性材料KaptonPolyimide，其厚度为0.0508mm，相对介电常数为3.5，正切损耗为0.002。它具有柔软、生物兼容性好、易与人体共形、结实且耐挤压等特点。改进的可穿戴MIMO天线单元如图4所示，表1为优化后天线的尺寸参数。为了减少反射，在对称位置开了四个长为1mm，宽为0.5mm的矩形槽。仿真结果表明时带宽为2.45GHz13.19GHz，绝对带宽为10.74GHz。471微波学报2016年8月
号无关。因为n变化范围很大，不便观察，所以引入变化范围在(0,1内]的量ModalSignificance（MS），1|1|nMSj（6）1.2特征模在天线分析与设计中的应用文献[7]给出了传统的共面波导馈电的矩形单极子天线，其天线结构和HFSS仿真得到的反射系数如图1所示。图1传统的单极天线结构和反射系数由结果可知，11S10dB时的天线带宽为2.03GHz5.02GHz，无法完全覆盖美国联邦通信委员会（FCC）规定的超宽带频段。下面用FEKOSuite7.0全波仿真软件进行特征模分析，前六个模式对应MS随频率的变化曲线如图2所示。由图2可知，频率为7GHz时，主导模式为13JJ，电流分布如图3所示。由图3可知，在7GHz时电流并未流过辐射贴片的整个表面，所以辐射性能略低。为了提高图2矩形单极子天线前六个模式图3频率为7GHz时归一化特征电流辐射性能以达到超宽带的目的，通过改变天线的形状来迫使模式电流流经整个天线表面，增加电流流过的路径，展宽带宽。2可穿戴MIMO天线单元基板采用柔性材料KaptonPolyimide，其厚度为0.0508mm，相对介电常数为3.5，正切损耗为0.002。它具有柔软、生物兼容性好、易与人体共形、结实且耐挤压等特点。改进的可穿戴MIMO天线单元如图4所示，表1为优化后天线的尺寸参数。为了减少反射，在对称位置开了四个长为1mm，宽为0.5mm的矩形槽。仿真结果表明时带宽为2.45GHz13.19GHz，绝对带宽为10.74GHz。471微波学报2016年8月
【作者单位】： 西安电子科技大学电子工程学院;
【分类号】：TN820
本文编号：2528888
【图文】：
0n时，表示该模式在此频率下储存的磁能，呈现感性；当0n时，表示该模式在此频率下谐振，为谐振模式；当0n时，表示该模式在此频率下储存的电能，呈现容性。在天线设计中，特征值和特征电流只与天线的结构、尺寸和工作频率有关，和激励信号无关。因为n变化范围很大，不便观察，所以引入变化范围在(0,1内]的量ModalSignificance（MS），1|1|nMSj（6）1.2特征模在天线分析与设计中的应用文献[7]给出了传统的共面波导馈电的矩形单极子天线，其天线结构和HFSS仿真得到的反射系数如图1所示。图1传统的单极天线结构和反射系数由结果可知，11S10dB时的天线带宽为2.03GHz5.02GHz，无法完全覆盖美国联邦通信委员会（FCC）规定的超宽带频段。下面用FEKOSuite7.0全波仿真软件进行特征模分析，前六个模式对应MS随频率的变化曲线如图2所示。由图2可知，频率为7GHz时，主导模式为13JJ，电流分布如图3所示。由图3可知，在7GHz时电流并未流过辐射贴片的整个表面，所以辐射性能略低。为了提高图2矩形单极子天线前六个模式图3频率为7GHz时归一化特征电流辐射性能以达到超宽带的目的，，通过改变天线的形状来迫使模式电流流经整个天线表面，增加电流流过的路径，展宽带宽。2可穿戴MIMO天线单元基板采用柔性材料KaptonPolyimide，其厚度为0.0508mm，相对介电常数为3.5，正切损耗为0.002。它具有柔软、生物兼容性好、易与人体共形、结实且耐挤压等特点。改进的可穿戴MIMO天线单元如图4所示，表1为优化后天线的尺寸参数。为了减少反射，在对称位置开了四个长为1mm，宽为0.5mm的矩形槽。仿真结果表明时带宽为2.45GHz13.19GHz，绝对带宽为10.74GHz。471微波学报2016年8月
号无关。因为n变化范围很大，不便观察，所以引入变化范围在(0,1内]的量ModalSignificance（MS），1|1|nMSj（6）1.2特征模在天线分析与设计中的应用文献[7]给出了传统的共面波导馈电的矩形单极子天线，其天线结构和HFSS仿真得到的反射系数如图1所示。图1传统的单极天线结构和反射系数由结果可知，11S10dB时的天线带宽为2.03GHz5.02GHz，无法完全覆盖美国联邦通信委员会（FCC）规定的超宽带频段。下面用FEKOSuite7.0全波仿真软件进行特征模分析，前六个模式对应MS随频率的变化曲线如图2所示。由图2可知，频率为7GHz时，主导模式为13JJ，电流分布如图3所示。由图3可知，在7GHz时电流并未流过辐射贴片的整个表面，所以辐射性能略低。为了提高图2矩形单极子天线前六个模式图3频率为7GHz时归一化特征电流辐射性能以达到超宽带的目的，通过改变天线的形状来迫使模式电流流经整个天线表面，增加电流流过的路径，展宽带宽。2可穿戴MIMO天线单元基板采用柔性材料KaptonPolyimide，其厚度为0.0508mm，相对介电常数为3.5，正切损耗为0.002。它具有柔软、生物兼容性好、易与人体共形、结实且耐挤压等特点。改进的可穿戴MIMO天线单元如图4所示，表1为优化后天线的尺寸参数。为了减少反射，在对称位置开了四个长为1mm，宽为0.5mm的矩形槽。仿真结果表明时带宽为2.45GHz13.19GHz，绝对带宽为10.74GHz。471微波学报2016年8月
【作者单位】： 西安电子科技大学电子工程学院;
【分类号】：TN820
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本文编号：2528888
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