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随着IEEE将MIMO技术其作为第四代移动通信系统的关键技术之一,各种针对MIMO技术的研究变得炙手可热。迄今为止,MIMO技术中的发射和接收端的多天线技术已成为其商业化的最大瓶颈。目前,在基站端可以很容易实现各天线单元在空间上的低相关性,而在移动终端天线受到体积、重量和成本等诸多限制,如何在其有限空间内放置多根天线并保持相互的低相关性已成为研究的热点之一。加之各种新通信标准层出不穷,这就要求终端天线可以满足多个频段工作或覆盖一个较宽的频段。因此,研究MIMO终端天线的宽频带/多频段应用与天线单元间隔离度的提高具有很重要的意义。
论文首先设计了一款双频段紧凑型MIMO终端天线。该天线由两个“F”形单极子作为天线单元,一个“T”形延伸地面组成。该天线采用厚度为1.6mm的FR4基板,尺寸为99×60mm2。经过加工和测试,天线工作带宽为1900-2700MHz与5050-5450MHz,在带宽内具有优于-14dB的隔离度,辐射方向图显示天线可以提供角度分集。通过相关系数和平均有效增益计算得到分集增益为9.43dB。
其次,设计制作了一款宽频带紧凑型MIMO终端天线。该天线由两个“G形单极子采用“背靠背”摆放方式组成。为了得到更宽的带宽和更低的耦合,天线采用延伸地面的方法引入了两个倒“L”形地枝和一个“T”形地枝。天线采用厚度为1.6mm的FR4基板,具有99×55mm2的紧凑结构。测试结果显示,该天线具有1700-2900MHz的宽频带和优于-17dB的隔离度。通过对相关系数和平均有效增益的计算,该天线可以提供9.68dB的角度分集增益。
最后设计了一款高隔离MIMO天线,天线引入了蘑菇型电磁带隙结构来降低天线单元间耦合。天线仍然采用厚度为1.6mm的FR4基板,具有99×55mm2的紧凑结构。天线单元由两个“G”单极子构成,两个单极子中间排列了一定数量的蘑菇型EBG结构,作者对不同数量和排列的EBG结构进行了分析。仿真结果显示,天线带宽为2180-2830Mhz,覆盖了WLAN和WiMAX频段。天线具有优于-19dB的隔离度,如此低的互耦保证了其出色的MIMO性能。