5G毫米波MIMO介质谐振器天线的去耦技术研究

发布时间：2020-06-21 01:11

【摘要】：在无线通信飞速发展的今天,无线通信技术即将步入5G通信时代。现下越来越多的用户和设备消耗的数据量远大于以往,无线网络面临着频谱稀缺的问题。毫米波由于频谱资源丰富而成为5G通信系统的备选频段。介质谐振器天线(dielectric resonator antenna,即DRA)在毫米波频段损耗较小,因此具有较大的潜在应用价值。鉴于MIMO技术能在不增加频谱资源和天线传输功率的情况下,可以显著的提高系统信道容量,因此成为5G通信系统的关键技术之一。随着移动通信设备的小型化发展,MIMO天线的小型化和单元间高隔离度之间的矛盾成为天线设计的难点,也成了当今的热门课题之一。在此背景下,高隔离度的毫米波MIMO介质谐振器天线设计成为了本文的研究重点。本文的主要工作如下:(1)提出采用金属过孔来提高E面耦合的毫米波MIMO介质谐振器天线的隔离度。通过选择合适数量的金属过孔以及巧妙的布置金属过孔的位置,能够显著的提高天线隔离度,降低包络相关系数,修正畸变的方向图以及提高天线的增益。金属过孔简单易加工,并且不占用天线额外的空间。(2)提出采用金属过孔来提高H面耦合的毫米波MIMO介质谐振器天线的隔离度。由于天线的电场分布随极化的变化而变化,因此天线单元间的互耦和去耦合方案会有很大的不同。相应的金属过孔的位置、半径及数量都要经过重新设计。同样的,只要在DRA单元内部合理的布置金属过孔就能极大的提高单元间的隔离度,使DRA单元获得良好的辐射特性。(3)提出采用加载金属贴片的技术来提高H面耦合的毫米波MIMO介质谐振器天线的隔离度。不同于上一个工作中的去耦合方法仅局限于提高两个天线单元间的隔离度,此方法可以应用在多个天线单元间去耦。最终我们以一副H面耦合的三单元毫米波MIMO介质谐振器天线为例,证明了此方法的有效性。金属贴片的设计简单且不占用天线额外的空间。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN822;TN929.5
【图文】：

该工作具有很大的价值以及应用潜力。1.2 国内外研究现状当前，国内外众多研究者对天线的小型化做着不懈的努力，为的就是减少天线在整个系统中所占用的空间，使整个系统更紧凑，满足人类对于无线通信系统不断小型化和便捷化的追求。而MIMO天线之间的互耦问题随着天线的小型化却愈发严重。国内外众多科研工作者对此问题设计了许多不同的解决方案，总的来说，提高MIMO天线隔离度的方法可以根据原理的不同大致分为三大类，以下将进行一一归类介绍。第一类是在天线单元之间直接添加一些结构来减少两个单元之间的表面电流以及空间辐射场的影响。例如在地板上添加缝隙[21-28]，在两个单元之间使用谐振单元[29-32]，或者超材料[33-41]。图 1-1(a)给出了参考文献[22]中的MIMO天线模型示意图，这款天线的去耦合方法就是在天线单元之间的地板上添加缝隙。Kun Wei等人巧妙的设计缝隙的形状和大小使得

图 1-2 天线的辐射方向图隙在天线工作的频段形成带阻特性，以达到减小两天线单元之间表面电流的减小了单元间的耦合强度。从图 1-1(b)中可以看出，此方法可以将两个中心个波长的贴片天线单元的隔离度从 15 dB提高到 52 dB，并且文献当中也表能极大的减小包络相关系数，整体实现了良好的去耦合效果。可是此类型的也同样存在一定的弊端，因为地板原有的形状被破坏，一定程度上会造成天向后泄漏。如图 1-2 所示，在地板上添加缝隙之后，方向图的后瓣电平明显。通常在实际电路的设计当中应当尽量规避地面的破坏。为了避免增大天线方向图后瓣电平，可在天线单元间使用谐振器来去耦合。]就使用了开槽互补裂环谐振器进行去耦合。图 1-3 给出了天线结构图，谐个中心间距为 0.25 个波长的贴片天线中间，由地板挖槽形成互补裂环形状构

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本文编号：2723253