UWB-MIMO天线研究

发布时间：2017-08-04 21:06

  本文关键词：UWB-MIMO天线研究

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【摘要】：将超宽带(UWB,Ultra-wideband)无线通信技术与多入多出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)技术相结合的无线通信系统称之为UWB-MIMO系统。工作于3.1GHz~10.6GHz的UWB无线通信系统具有传输速率高、抗多径衰落能力强等特点,引入MIMO这一将多径视为有利因素并可在不增加系统带宽情况下提高系统容量的技术将可进一步提高UWB系统的容量,使之达到1Gb/s以上。同时,美国联邦通信委员会(FCC,Federal Communications Commission)对UWB的辐射功率作了严格的限制,使得UWB无线通信系统的通信距离较短,然而,引入MIMO技术后,就可以在不增加辐射功率的情况下通过波束形成技术有效的增加UWB系统的通信距离,而且这种采用较低辐射功率的UWB-MIMO系统也符合近年来在世界范围内兴起的以节能减排为目标的“绿色通信”的理念。另外,UWB信号具有很强的穿透能力,可以隔墙通信、成像、定位等,这是同样具有较高传输速率的基于60GHz毫米波应用的IEEE 802.15.3c设备所不具备的。正因为UWB-MIMO系统具有如此优越和独特的特性,它开始引起国内外众多学者的重视和研究。UWB-MIMO天线作为UWB-MIMO系统发射和接收信号的关键部件,其研究也开始逐步受到关注。论文以UWB-MIMO这一极具发展潜力的无线通信系统中的UWB-MIMO天线为研究对象,对这种天线的设计方法进行了深入的研究,主要完成了以下三方面的工作:1)对极化分集UWB-MIMO天线进行了研究。本文针对采用T形去耦结构设计的极化分集UWB-MIMO存在天线尺寸较大、带宽较窄等缺点,提出了一种新型的指数渐变线去耦结构来解决这些问题,并采用这种去耦结构成功设计了一款结构紧凑的极化分集UWB-MIMO天线。仿真和实验结果同时证明该方法是可行,采用该方法设计的天线不仅具有更宽的阻抗带宽和更紧凑的结构,同时也具有更高的平均增益。2)对方向图分集UWB-MIMO天线进行了研究。本文针对现阶段小型化UWB-MIMO天线设计中存在去耦结构较复杂、设计难度大等问题,提出了一种基于“E面对称切半法”的方向图分集UWB-MIMO设计方法,并给出了该方法每一步的设计机理。该方法以一个具有对称结构的UWB平面单极子天线为初始模型进行设计,采用该方法设计的UWB-MIMO天线不仅尺寸较小,而且去耦结构简单,可简化设计过程和提高设计效率。为了验证设计方法的可行性,本文以一个圆形UWB平面单极子天线为例设计了一款方向图分集UWB-MIMO天线,并对天线模型进行了加工和实验测试,仿真和实验结果同时证明该方法是可行的、正确的。为了验证设计方法的普适性,本文以同样具有对称结构的切角矩形UWB平面单极子天线为初始模型仿真设计了另外一款方向图分集UWB-MIMO天线,仿真结果证明了本文提出的设计方法具有很好的普适性,可应用于各种具有对称结构的UWB平面单极子天线上。同时,利用该方法设计的UWB-MIMO天线还可进一步缩减尺寸,缩减尺寸后的天线通过优化设计依然能够满足设计指标要求。3)对带有陷波功能的UWB-MIMO天线进行了研究。针对UWB-MIMO系统与其他窄带通信系统之间的相互干扰问题,采用在UWB-MIMO天线单元上蚀刻倒L形槽缝设计了一款具有WLAN频段陷波功能的单陷波UWB-MIMO天线;采用在UWB-MIMO天线单元上蚀刻互补开口谐振环(CSRR,Complementary Split Ring Resonator)结构槽缝设计了一款具有C波段和WLAN频段陷波功能的双陷波UWB-MIMO天线。最后根据仿真结果加工了天线模型,通过实验验证了设计的可行性和正确性。
【关键词】：超宽带 多入多出 单极子天线 分集 陷波
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 符号对照表15-16
• 缩略语对照表16-19
• 第一章 绪论19-35
• 1.1 UWB-MIMO天线的概念19-20
• 1.2 UWB技术与MIMO技术简介20-25
• 1.3 UWB-MIMO天线国内外研究现状25-32
• 1.4 选题背景和意义32-33
• 1.5 本文的主要工作和安排33-35
• 第二章 相关基础理论35-49
• 2.1 天线性能参数35-39
• 2.2 双端口网络的散射参数39-41
• 2.3 MIMO天线的相关系数41-42
• 2.4 UWB平面印刷单极子天线42-49
• 第三章 极化分集UWB-MIMO天线设计49-65
• 3.1 引言49-50
• 3.2 天线设计指标50
• 3.3 天线设计方案50
• 3.4 天线结构50-52
• 3.5 天线参数仿真分析52-56
• 3.6 天线测试56-63
• 3.7 本章小结63-65
• 第四章 一种通用的方向图分集UWB-MIMO天线设计方法65-91
• 4.1 引言65
• 4.2 天线设计指标65-66
• 4.3 天线设计方案66
• 4.4 天线设计步骤及机理分析66-74
• 4.5 天线参数仿真分析74-79
• 4.6 天线测试79-87
• 4.7 设计方法普适性验证87-90
• 4.8 本章小结90-91
• 第五章 陷波UWB-MIMO天线设计91-115
• 5.1 引言91
• 5.2 单陷波UWB-MIMO天线设计91-103
• 5.3 双陷波UWB-MIMO天线设计103-114
• 5.4 本章小结114-115
• 第六章 全文总结115-117
• 6.1 论文主要研究工作115-116
• 6.2 下一步需要研究的问题116-117
• 参考文献117-127
• 致谢127-129
• 作者简介129-131

【参考文献】

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1 黄丘林;MIMO无线通信技术研究[D];西安电子科技大学;2007年

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本文编号：621681