MIMO天线去耦合结构的设计与实现

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随着无线通信技术的迅速发展,移动通信已经逐步的融入到生活中的方方面面,它已成为了 21世纪的应用最为广泛的技术之一。MIMO技术是今后移动通信技术的发展趋势,它在解决提高频谱利用率上向前迈进了一大步,以此同时也提高了通信信道的容量和通信质量。其中多天线的性能在很大程度上决定了整个MIMO通信系统的优劣。再进一步说,多天线单元之间的低耦合性能决定着多天线系统的性能。随着无线通信发展也提出了越来越高的要求,比如天线的小型化,这必然使得天线之间的距离将会越来越小,天线之间的耦合效应也就越来越大,如何在有限的空间使得多天线单元之间有着较高的隔离度是一个急需解决的问题。所以,本文基于现有的多天线单元之间的去耦合技术的基础上,完成了针对现在的去耦合技术的一些不足之处进行了改进,并且结合相关的微波理论提出了一种基于SIW结构的去耦合方法。首先,介绍了无线通信技术的发展历程,总结了移动通信技术中的MIMO通信系统的发展现状。重点总结归纳了近年来MIMO天线中的去耦合技术的研究现状,并且提出了其中的不足之处,并作为接下来的研究方向。其次,针对绪论中提出的以往的去耦合设计中利用单一的去耦合方法来对MIMO天线单元之间进行去耦合处理的问题,在本文中设计了一款基于窄缝隙天线组成的双端口 MIMO天线,其中利用寄生单元结构和双缝隙结构来进行去耦合处理。实现了 MIMO天线的S11参数的改善以及大幅度的提高了天线单元之间的隔离度,其S21参数达到了-18dB。再次,针对现有对于UWB频段上的MIMO天线单元间去耦合研究的不足,在本文中设计了两款UWB双端口 MIMO天线(PIFA双端口 MIMO天线、单极子双端口MIMO天线),利用电流中和的短接线技术实现了在超宽带范围上的去耦合,隔离度达到了-20dB以下。最后,结合SIW的一些基本原理以及多天线单元之间的耦合机制的理解,尝试性的将SIW结构引入到天线单元之间的去耦合处理。通过仿真设计,并制作了一款矩形平面微带天线的双端口 MIMO天线,通过对SIW结构中的关键参数的改变来理解该结构的去耦合效果的影响,最终实测结果验证了 SIW结构的良好的去耦合效果,天线单元之间的隔离度达到了-25dB以下。
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