移动终端小型化MIMO天线研究

发布时间：2020-11-05 10:53

　　 移动通信系统的用户数日益增多,对通信容量和数据速率提出了更高的要求,与此同时,用户追求移动终端的轻薄化、全屏化,留给天线的设计空间非常有限。MIMO天线是由多天线组成的收发系统,可以充分利用多径效应来提高信道容量和频谱利用率,因此得到广泛关注。但是将MIMO天线技术应用于移动终端还存在两大难点,一是如何把多天线放置在有限空间内;二是如何使有限空间中的多天线之间隔离度提高。针对这两个难点,本文对移动终端小型化MIMO天线进行了深入研究。本文的主要内容和创新点如下:(1)梳理了移动终端及MIMO天线的发展历程,总结了当前国内外学者对小型化天线、低耦合天线和多频天线的研究状况,介绍了 MIMO天线的相关理论与技术,为后续研究提供理论基础和分析方法。(2)提出了两种基于平面单极子的双频段和三频段MIMO天线结构。对于双频段天线,采用U型单极子和U型缝隙结构有效延长了电流路径,在尺寸保持不变的情况下获得了较低的谐振频率;同时,采用在单元间加载T型枝节和在地板上刻蚀双倒T型缝隙的方法降低了耦合,使天线在2.24GHz～2.6GHz和3.38GHz～3.69GHz频段内实现了良好的匹配和较高的隔离度。对于三频段天线,采用地板延伸及在其上刻蚀L型槽的方法改变地板上的表面电流路径,从而在不改变单元整体物理尺寸的前提下,增加了一个新谐振频段,同时隔离度也得到显著提高,天线最终在 2.73GHz～2.82GHz、3.41GHz～3.63GHz 和 4.79GHz～4.93GHz频段内实现了良好的匹配和较高的隔离度。在理论分析基础上,对天线进行了实际加工测试,验证了设计的有效性。(3)提出了两种基于PIFA的三频段和四频段MIMO天线结构。对于三频段天线,采用容性耦合馈电结构引入了一个新的谐振频段,由于单元间距离较远,近场耦合较小,所以不需要设计额外的去耦结构,天线能够在2.32GHz～2.5GHz、4.52GHz～5.1GHz和5.7GHz～6.24GHz频段内实现良好的匹配和较高的隔离度。对于四频段天线,通过引入侧向微带线和寄生贴片增加了两个新的谐振频段,通过加载中和线和在地板上刻蚀L型缝隙来减小耦合,最终天线在1.76GHz～1.88GHz、3.46GHz～3.54GHz、4.71GHz～4.87GHz 和 5.74GHz～5.89GHz 频段内实现了 良好的匹配和较高的隔离度。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5;TN820
【部分图文】：

Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｔｈｅ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｏｂｉｌｅ?ｐｈｏｎｅ［８）??对于只具有语音通话和收发短信功能的初代移动电话而言，其天线只需要覆??盖ＧＳＭ和ＷＣＤＭＡ频段，而智能移动电话必须兼容更多频段，才能实现ＷＬＡＮ、??Ｗｉ－Ｆｉ接入网、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ数据传输、ＧＰＳ导航和定位功能，因此多频天线在移动电??话中得到了广泛应用。另外，由于ＭＩＭＯ天线能够显著提高信道容量和频谱利用??率，已经被ＬＴＥ无线通信协议定为下一代无线通信的标准。??１．２．２?ＭＩＭＯ技术的演进??Ｍａｒｃｏｎｉ在１９０８年最早提出了?ＭＩＭＯ技术［９＿１Ｑ］，上世纪９０年代，ＡＴ＆Ｂｅｌｌ实??验室的学者完成了将ＭＩＭＯ技术用于通信系统的基本工作［１１］。１９９５年Ｔｅｌａｄａｒ推??导出了加性高斯信道中ＭＩＭＯ系统的容量公式［｜２］。Ｆｏｓｈｉｎｉａ和Ｓｅｓｈａｄｒｉ分别给出??了多输入多输出系统的处理算法［１３］和空时编码［１４］。由Ｗｏｌｎｉａｎｓｋｙ等人建立的一个??ＭＩＭＯ实验系统，经试验，频谱利用率可以达到２０ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ，自此，ＭＩＭＯ技术在??

对辐射单元进行弯折以及加载短路结构等。??２０１３年ＤｏｃｋＯｎ公司的研宄员使用陶瓷材料作为介质基板设计出了工作于??ＬＴＥ频段的手持移动终端ＭＩＭＯ天线［１８］，如图１－２所示，天线印刷在相对介电常??数为６．４５的陶瓷材料上，尺寸比不使用陶瓷材料减小了?２２％。??１／通??螺?ＷＫｔｍ??图１－２使用陶瓷材料的天线单元实物［１８１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ａｎｔｅｎｎａ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｗｉｔｈ?ｃｅｒａｍｉｃ１＇８１??文献［１９］中，作者通过在辐射贴片表面开Ｍ型和双Ｌ型槽使天线尺寸降为??１３．６ｍｍｘｌ３．６ｍｍ，但是天线的辖射性能基本保持不变。文献［２０］中，作者在福射贴??片表面开了对称Ｕ型槽，随着槽的尺寸増大，谐振频率向低频偏移，而贴片的总??面积并未发生变化。文献［１９］和文献［２０］中的天线结构如图１－３所示。??＇?－?丨１?、、：?■??赢?Ｉ?ｎ°??ｐ?ｇ，?ｌ＊?＊??ｂ??Ｈ＾ｒ????■?１?Ｗｐ?＊??ａ）?ｂ）??图１－３表面开槽天线ａ）?Ｍ和双Ｌ型槽天线［１９］?ｂ）对称Ｕ型天线［２Ｑ】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ａｎｔｅｎｎａｓ?ｗｉｔｈ?ｓｌｏｔｓ?ｏｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａ）?Ａｎ?ａｎｔｅｎｎａ?ｗｉｔｈ?Ｍ－ｓｈａｐｅｄ?ａｎｄ?ｄｏｕｂｌｅ?Ｌ－ｓｈａｐｅｄ?ｓｌｏｔｓ１＇９＇??ｂ）?Ａｎ?ａｎｔｅｎｎａ?ｗｉｔｈ?ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ?Ｕ－ｓｈａｐｅｄ?ｓｌｏｔｓ［２〇！??马来西亚Ｋｅｂａｎｇｓａａｎ大学的研究者Ａｍｅｒ于２０１８年设计出了蜿？｜形状的??ＭＩＭＯ分形天线［２１］

对辐射单元进行弯折以及加载短路结构等。??２０１３年ＤｏｃｋＯｎ公司的研宄员使用陶瓷材料作为介质基板设计出了工作于??ＬＴＥ频段的手持移动终端ＭＩＭＯ天线［１８］，如图１－２所示，天线印刷在相对介电常??数为６．４５的陶瓷材料上，尺寸比不使用陶瓷材料减小了?２２％。??１／通??螺?ＷＫｔｍ??图１－２使用陶瓷材料的天线单元实物［１８１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ａｎｔｅｎｎａ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｗｉｔｈ?ｃｅｒａｍｉｃ１＇８１??文献［１９］中，作者通过在辐射贴片表面开Ｍ型和双Ｌ型槽使天线尺寸降为??１３．６ｍｍｘｌ３．６ｍｍ，但是天线的辖射性能基本保持不变。文献［２０］中，作者在福射贴??片表面开了对称Ｕ型槽，随着槽的尺寸増大，谐振频率向低频偏移，而贴片的总??面积并未发生变化。文献［１９］和文献［２０］中的天线结构如图１－３所示。??＇?－?丨１?、、：?■??赢?Ｉ?ｎ°??ｐ?ｇ，?ｌ＊?＊??ｂ??Ｈ＾ｒ????■?１?Ｗｐ?＊??ａ）?ｂ）??图１－３表面开槽天线ａ）?Ｍ和双Ｌ型槽天线［１９］?ｂ）对称Ｕ型天线［２Ｑ】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ａｎｔｅｎｎａｓ?ｗｉｔｈ?ｓｌｏｔｓ?ｏｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａ）?Ａｎ?ａｎｔｅｎｎａ?ｗｉｔｈ?Ｍ－ｓｈａｐｅｄ?ａｎｄ?ｄｏｕｂｌｅ?Ｌ－ｓｈａｐｅｄ?ｓｌｏｔｓ１＇９＇??ｂ）?Ａｎ?ａｎｔｅｎｎａ?ｗｉｔｈ?ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ?Ｕ－ｓｈａｐｅｄ?ｓｌｏｔｓ［２〇！??马来西亚Ｋｅｂａｎｇｓａａｎ大学的研究者Ａｍｅｒ于２０１８年设计出了蜿？｜形状的??ＭＩＭＯ分形天线［２１］
【参考文献】

相关期刊论文 前3条

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2 赵亚男,张禄林,吴伟陵;MIMO技术的发展与应用[J];电讯技术;2005年01期

3 张轶博;无线通信的新技术MIMO[J];电信快报;2004年07期

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1 张力维;金属边界下的终端MIMO天线[D];电子科技大学;2018年

2 汪中岳;平面多模手机天线研究与设计[D];华东交通大学;2016年

3 李川;用于5G多模终端的多天线系统[D];电子科技大学;2016年

4 普远航;双频微带天线的研究[D];南京理工大学;2008年

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本文编号：2871533