小型化超宽带MIMO天线的研究与实现
发布时间：2021-08-24 02:43
超宽带（UWB）技术以其高数据速率、大带宽等特点得到了大量学者的关注。而多输入多输出（MIMO）技术通过同时在收发端使用多个天线在多个信道上传输数据,可以提升信道容量和实现分集性能而减小多径效应的影响。近些年,学者们将UWB技术和MIMO技术结合了起来,发展成为了UWB-MIMO技术。UWBMIMO系统广泛应用于短距离,高数据速率的宽带通信中。对于UWB-MIMO天线来说,小型化,高隔离度和多陷波特性是它的三个重要的研究方向。因为天线紧凑的尺寸和超宽的频带,将会导致天线单元之间产生较强的电磁耦合,同时也会受到其他窄带信号带来的干扰。本论文对UWB-MIMO天线的小型化,高隔离度和多陷波特性进行了深入的研究,具体研究内容如下:第一,研究高隔离度。针对大部分去耦结构都工作在窄带的问题,研究了宽频带去耦的工作。设计了一种基于T型地板枝节的电磁带隙（EBG）结构实现宽带去耦的UWB-MIMO天线。该去耦结构通过在地板上添加的T形地板枝节来减少天线在中低频段的耦合,然后通过采用蘑菇式EBG结构实现高频段的去耦。天线尺寸为50mm×35mm×1.6mm。在整个UWB频段内,隔离度均大于20dB。第...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
利用分集技术去耦的天线
电子科技大学硕士学位论文4个L形缝隙。将L形缝隙相互垂直放置，可以有效地抑制两个缝隙天线之间的耦合。使天线的隔离度提高了8dB。在高频段，两个L型缝隙上面有50欧姆馈线通过。整个结构类似于缝隙天线，增宽了天线在高频带的阻抗带宽。Luo等人在文献[25]中提出了一款基于缺陷地结构去耦的双端口UWB-MIMO缝隙天线。该天线由两个缝隙天线单元构成，如图1-2(b)所示[25]。通过在两个单元缝隙天线的地板之间开了T型缝隙，使4-6GHz频段的隔离度得到了提升，同时也降低了低频段的谐振点，拓宽了天线低频段的阻抗带宽。为了降低3-4GHz的耦合度，作者在馈线顶端的地板上开了一条平行的细缝。该缝隙为耦合电流提供了另外一条的路径，消弱了之前的部分耦合电流。从而提高了天线之间的隔离度。如表1-2所示比较了基于缺陷地结构去耦的参考文献中的天线性能。缺陷地结构是MIMO天线中常用的去耦结构。该方法设计简单较易实现，不会增大天线尺寸。但是该结构是在地板上开缝隙，会破坏整个地板的电流分布，从而影响天线的辐射性能。(a)(b)图1-2利用缺陷地结构去耦的天线。(a)文献[24]中天线；(b)文献[25]中天线（3）利用寄生枝节去耦寄生枝节是通过添加寄生枝节，作为反射器产生间接的耦合来消弱激励天线单元产生的耦合。通常是在地板上添加寄生枝节来减小天线之间的耦合[28-31]。添加寄生枝节，并不会影响天线单元的设计，但是可能会加大天线的尺寸。文献[28]中，Amajd等人提出一款基于F型地板枝节的高隔离度UWB-MIMO天线。如图1-3(a)所示[28]，该天线由两个矩形单极子构成，通过切角来匹配超宽带频段的阻抗带宽。然后在地板上添加了F形的地板寄生枝节。F形地板寄生枝节作为反射器，隔离了单元天线之间的耦合；通过添加F型地板枝节，使天线在整个
第一章绪论5表1-2基于缺陷地技术去耦的MIMO天线性能比较参考文献尺寸(mm3)/材料隔离度(dB)增益(dBi)/效率(%)ECC端口[24]78×40×1.6/FR4≥18(2.4~6.55GHz)无<0.12[25]22×26×0.8/FR4≥18(3.1~10.6GHz)3.8/80~90<0.0042[26]60.2×58×1.6/FR4≥25(2.45GHz)无<0.14[27]50×40×1.59/FR4≥15(2.43~12GHz)6/83<0.0162如图1-3(b)所示[31]，Khan等人在文献[31]中设计了一款基于CSRR环去耦的UWB-MIMO天线。为了提升天线的隔离度，作者首先在两个天线单元的地板之间添加了两个倒L型枝节。该枝节减小了3.6-12GHz频带间的耦合度，原理同前面提到的F型枝节类似。另外作为寄生枝节谐振器在3.8GHz和6.8GHz产生了两个谐振点，改善了天线的阻抗匹配。然后为了提高3.6GHz以下的隔离度，作者在地板上添加了一个互补谐振环（CSRR）结构。CSRR环储存了低频能量并束缚住了地板上的电流，阻止了电流流向其他部分，提高了天线3.6GHz以下的隔离度。整体结构可以实现整个UWB频带内的高隔离度。(a)(b)图1-3利用寄生枝节去耦的天线。(a)文献[28]中的天线；(b)文献[31]中的天线表1-3基于寄生枝节技术去耦的MIMO天线性能比较参考文献尺寸(mm3)/材料隔离度(dB)增益(dB)/效率(%)ECC端口[28]50×30×1.6/FR4≥20(2.5~14.5GHz)7.4(DG)/无<0.042[29]25×32×1.55/FR4≥19(3.1~10.6GHz)10(DG)/>80<0.012[30]27×47×1.6/FR4≥16(3.1~10.6GHz)5.2/无<0.012[31]23×29×1.6/FR4≥15(3~12GHz)4.7/82%<0.152
本文编号：3359118
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
利用分集技术去耦的天线
电子科技大学硕士学位论文4个L形缝隙。将L形缝隙相互垂直放置，可以有效地抑制两个缝隙天线之间的耦合。使天线的隔离度提高了8dB。在高频段，两个L型缝隙上面有50欧姆馈线通过。整个结构类似于缝隙天线，增宽了天线在高频带的阻抗带宽。Luo等人在文献[25]中提出了一款基于缺陷地结构去耦的双端口UWB-MIMO缝隙天线。该天线由两个缝隙天线单元构成，如图1-2(b)所示[25]。通过在两个单元缝隙天线的地板之间开了T型缝隙，使4-6GHz频段的隔离度得到了提升，同时也降低了低频段的谐振点，拓宽了天线低频段的阻抗带宽。为了降低3-4GHz的耦合度，作者在馈线顶端的地板上开了一条平行的细缝。该缝隙为耦合电流提供了另外一条的路径，消弱了之前的部分耦合电流。从而提高了天线之间的隔离度。如表1-2所示比较了基于缺陷地结构去耦的参考文献中的天线性能。缺陷地结构是MIMO天线中常用的去耦结构。该方法设计简单较易实现，不会增大天线尺寸。但是该结构是在地板上开缝隙，会破坏整个地板的电流分布，从而影响天线的辐射性能。(a)(b)图1-2利用缺陷地结构去耦的天线。(a)文献[24]中天线；(b)文献[25]中天线（3）利用寄生枝节去耦寄生枝节是通过添加寄生枝节，作为反射器产生间接的耦合来消弱激励天线单元产生的耦合。通常是在地板上添加寄生枝节来减小天线之间的耦合[28-31]。添加寄生枝节，并不会影响天线单元的设计，但是可能会加大天线的尺寸。文献[28]中，Amajd等人提出一款基于F型地板枝节的高隔离度UWB-MIMO天线。如图1-3(a)所示[28]，该天线由两个矩形单极子构成，通过切角来匹配超宽带频段的阻抗带宽。然后在地板上添加了F形的地板寄生枝节。F形地板寄生枝节作为反射器，隔离了单元天线之间的耦合；通过添加F型地板枝节，使天线在整个
第一章绪论5表1-2基于缺陷地技术去耦的MIMO天线性能比较参考文献尺寸(mm3)/材料隔离度(dB)增益(dBi)/效率(%)ECC端口[24]78×40×1.6/FR4≥18(2.4~6.55GHz)无<0.12[25]22×26×0.8/FR4≥18(3.1~10.6GHz)3.8/80~90<0.0042[26]60.2×58×1.6/FR4≥25(2.45GHz)无<0.14[27]50×40×1.59/FR4≥15(2.43~12GHz)6/83<0.0162如图1-3(b)所示[31]，Khan等人在文献[31]中设计了一款基于CSRR环去耦的UWB-MIMO天线。为了提升天线的隔离度，作者首先在两个天线单元的地板之间添加了两个倒L型枝节。该枝节减小了3.6-12GHz频带间的耦合度，原理同前面提到的F型枝节类似。另外作为寄生枝节谐振器在3.8GHz和6.8GHz产生了两个谐振点，改善了天线的阻抗匹配。然后为了提高3.6GHz以下的隔离度，作者在地板上添加了一个互补谐振环（CSRR）结构。CSRR环储存了低频能量并束缚住了地板上的电流，阻止了电流流向其他部分，提高了天线3.6GHz以下的隔离度。整体结构可以实现整个UWB频带内的高隔离度。(a)(b)图1-3利用寄生枝节去耦的天线。(a)文献[28]中的天线；(b)文献[31]中的天线表1-3基于寄生枝节技术去耦的MIMO天线性能比较参考文献尺寸(mm3)/材料隔离度(dB)增益(dB)/效率(%)ECC端口[28]50×30×1.6/FR4≥20(2.5~14.5GHz)7.4(DG)/无<0.042[29]25×32×1.55/FR4≥19(3.1~10.6GHz)10(DG)/>80<0.012[30]27×47×1.6/FR4≥16(3.1~10.6GHz)5.2/无<0.012[31]23×29×1.6/FR4≥15(3~12GHz)4.7/82%<0.152
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