穿戴式平面圆极化天线分集接收方法的研究

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随着物联网技术的日益发展,以人体为中心的无线通信系统将成为移动通信系统的重要组成部分,各类便捷式、穿戴式、植入式无线通信系统将逐步融合到人们的生活环境中。在以人体为中心的无线通信系统中,穿戴式天线的特性将直接影响整个系统的性能。由于未来无线通信系统将向6GHz以上频段演进,高频段的传播损耗将明显增加、多径衰落更严重,因此穿戴式天线分集技术将成为降低损耗、克服衰落、提高系统容量和可靠性的关键手段,而提高分集系统性能的首要因素则是降低分集天线单元之间的相关性。针对上述技术难题,本文将探索采用平面圆极化天线,实现穿戴式分集天线系统。利用一对反旋圆极化天线的极化隔离特性,可以有效地降低分集天线之间的相关性,提高隔离度,改善分集效果。本文主要工作包括:1.确定分集天线类型并设计天线。为了设计出以空气作为介质,具有端射特性的平面圆极化天线,本论文首先从电偶极子和磁偶极子基本理论出发,建立天线的等效源模型,推导出天线的辐射远场分布,形成具有闭合表达式的精确设计方法。2.利用上述方法解出天线的初始尺寸参数,设计出圆极化端射特性组合天线的原型。使用HFSS和Matlab软件,优化其性能。然后制作出天线实物,使用矢量网络分析仪、Satimo Starlab近场测试系统进行测量,测得天线实物在2.4-2.56GHz频带内的反射系数小于-10dB、且端射方向轴比小于3dB,与仿真结果吻合良好。3.将上述天线进行重新设计,使其工作在5.8GHz频段,即RFID频段。将这样的一对平面端射圆极化天线以“肩章”方式穿戴于人体两侧,选择室内环境作为应用场景,验证天线系统的实际传输特性:在该分集天线系统中,采用不同穿戴式天线的组合分别进行实验,将它们各自在系统中传输信号的误比特率进行比较。通过比较可得,采用本文所提出的平面圆极化天线作为穿戴式天线应用到分集系统当中,误比特率最低,信号传输效果最佳。
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