紧凑型超宽带MIMO天线的研究与设计

发布时间：2017-09-28 06:32

  本文关键词：紧凑型超宽带MIMO天线的研究与设计

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【摘要】：为了满足快速发展的电子产品对无线通信大容量、高速率、多功能、可靠性的需求,超宽带多天线通信技术应运而生。作为短距离无线通信领域的主流技术,超宽带(UWB,Ultra-wideband)技术具有着带宽宽、传输速率高、功耗低、成本低、保密性好、定位精度高、抗干扰能力强等诸多优点。另外,多输入多输出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)技术在发送端和接收端采用多根天线,利用空间信道的多径特性,获得明显的分集增益和复用增益,从而提高无线通信系统传输的可靠性和频谱利用率,是解决现在频谱资源日益紧张的有效途径。将UWB技术和MIMO技术融合,提供UWB系统所需的高可靠性,有希望实现UWB系统高速稳定远距离传输。限制超宽带MIMO技术在无线通信系统商用的一个重要因素是终端天线设计。随着移动终端设备日益小型集成化,终端天线也需要尽可能小型化。而有限的天线尺寸不仅会使天线单元辐射带宽受限,同时多天线单元端口间将产生耦合,信号不相关性变差。因此,超宽带MIMO天线设计必须从天线单元小型化、宽带化、多天线间的低耦合三方面综合考虑。文章首先阐述了超宽带MIMO天线研究背景与意义,分析总结了超宽带MIMO天线的研究现状。简要介绍了天线的辐射原理以及相关性能参数,系统概述了MIMO技术以及多天线的相关性能指标,也总结了超宽带MIMO天线的基本设计要求。其次,文章设计了一款两端口的微带馈电超宽带带阻MIMO天线。在天线单元地板开槽以及引入L形金属枝节实现了超宽带带阻特性,阻带为5.1-5.9GHz。引入两段I型去耦枝节提高天线单元端口间的隔离度。最后对天线加工测试分析,实测与仿真的S参数、信道相关系数、方向图和增益吻合良好。最后,文章还设计了一款结构紧凑的四端口超宽带MIMO天线。相邻的两超宽带天线单元相互垂直放置,利用天线单元间不同的极化特性来改善端口间的隔离度。在此基础上,天线背后加载了新型的类十字形隔离枝节来进一步改善天线单元端口间的隔离度。最后仿真加工测试,实测与仿真的S参数、信道相关系数、方向图和增益各项性能均满足设计要求,表明该四单元的超宽带MIMO天线适用于超宽带MIMO系统终端设备。
【关键词】：超宽带MIMO天线 小型化 隔离度
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN822.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-19
• 1.2.1 天线小型化研究现状11-13
• 1.2.2 天线宽带化研究现状13-14
• 1.2.3 提高多天线单元隔离度方法研究现状14-19
• 1.2.3.1 引入导体枝节去耦的超宽带MIMO天线14-15
• 1.2.3.2 通过开槽去耦合的超宽带MIMO天线15-17
• 1.2.3.3 引入中和线降低耦合的超宽带MIMO天线17
• 1.2.3.4 通过合理布局降低耦合的超宽带MIMO天线17-19
• 1.3 本文的主要工作及论文安排19-20
• 第二章 超宽带MIMO天线理论基础20-29
• 2.1 天线基本原理及性能参数20-25
• 2.1.1 天线的辐射原理20-21
• 2.1.2 微带天线的工作原理21-22
• 2.1.3 天线的性能参数22-25
• 2.1.3.1 电压驻波比、反射系数、回波损耗及S1122-23
• 2.1.3.2 辐射方向图23
• 2.1.3.3 方向性系数、效率及增益23-25
• 2.1.3.4 天线的极化25
• 2.1.3.5 天线的工作带宽25
• 2.2 MIMO技术简介及相关性能参数25-28
• 2.2.1 MIMO技术简介25-26
• 2.2.2 MIMO天线的性能指标26-28
• 2.2.2.1 端口隔离度26-27
• 2.2.2.2 相关系数27-28
• 2.3 超宽带MIMO系统对天线设计要求28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 两单元的超宽带带阻MIMO天线设计29-43
• 3.1 引言29-30
• 3.2 天线的结构30-31
• 3.3 天线相关参数及结构分析31-38
• 3.3.1 超宽带天线单元31-32
• 3.3.2 超宽带天线带阻（5.1-5.9GHz）的实现32-35
• 3.3.3 隔离枝节的分析35-38
• 3.3.4 天线的优化参数结果38
• 3.4 天线的测试结果与分析38-41
• 3.4.1 天线的加工实物图38
• 3.4.2 天线S参数的仿真值与测试值38-39
• 3.4.3 相关系数39-41
• 3.4.4 天线的辐射特性及增益41
• 3.5 本章小结41-43
• 第四章 小型化四单元超宽带MIMO天线设计43-55
• 4.1 引言43
• 4.2 天线结构43-45
• 4.3 天线参数及结构分析45-50
• 4.3.1 超宽带天线单元45-46
• 4.3.2 地面枝节对隔离度的影响分析46-50
• 4.3.3 天线的最终尺寸50
• 4.4 天线的测试结果与分析50-54
• 4.4.1 天线的加工实物图50-51
• 4.4.2 天线的S参数测试值51-52
• 4.4.3 相关系数52
• 4.4.4 天线的增益及辐射特性52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 总结和展望55-57
• 5.1 本文总结55-56
• 5.2 未来工作的展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-62
• 攻硕期间取得的研究成果62-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 黄梦雅;丁召;胡明哲;;UWB天线的宽带化技术及其发展[J];电讯技术;2014年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈瑾;宽带小型化天线及多频带/超宽带印刷天线研究[D];西安电子科技大学;2010年

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3 周小宝;基于分形结构的超宽带天线的设计与研制[D];电子科技大学;2015年

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5 孔芳玲;超宽带多阻带天线的研制[D];电子科技大学;2015年

6 贺爽;小型化超宽带MIMO天线的设计与实现[D];电子科技大学;2014年

7 崔莎;适用于移动终端的小型化MIMO天线的研究与设计[D];西安电子科技大学;2012年

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本文编号：934322