【摘 要】
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随着时代的发展,用户对通信质量提出了更高的要求,但是频谱资源的稀缺和无线信道的多径衰落等问题严重制约了无线通信技术的发展。多输入多输出(MIMO)技术,也就是多天线技可以在收发系统间建立多个并行的传输信道,大大提高了信道容量和频谱利用率。在MIMO系统中信道隔离度是很重要的指标,而信道隔离度很大程度受到单元间隔离度的影响,当单元间距较小时,会导致隔离度变差。然而由于人们对移动终端小型化的需求,留给
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随着时代的发展,用户对通信质量提出了更高的要求,但是频谱资源的稀缺和无线信道的多径衰落等问题严重制约了无线通信技术的发展。多输入多输出(MIMO)技术,也就是多天线技可以在收发系统间建立多个并行的传输信道,大大提高了信道容量和频谱利用率。在MIMO系统中信道隔离度是很重要的指标,而信道隔离度很大程度受到单元间隔离度的影响,当单元间距较小时,会导致隔离度变差。然而由于人们对移动终端小型化的需求,留给天线的空间越来越少,因此如何在紧凑的空间内保证MIMO天线的隔离度成为亟待解决的重要问题。本文重点研究了移动终端MIMO天线的设计以及去耦合方法。主要工作有以下下三方面:1.设计了一款应用于移动终端的双频5G四单元MIMO天线,工作频带为2.5-2.7Ghz和3.4-3.6Ghz,四个单元分别位于移动终端的上下两端。由于两个单元的间距较近,导致单元间隔离度较差。为提高隔离度,我们创新性地将一个单元的端口放置在地板的突出位置,提高了单元间隔离度,最终MIMO天线在两个频带内反射系数均小于-10d B,在低频带的隔离度提升了1d B,为13 d B,在高频带的隔离度提升了3.5d B,为17.5d B,天线辐射效率大于50%。2.设计了一种拥有天然去耦合结构的移动终端天线单元(3.4-3.6GHz),其无需添加任何去耦结构,即可以在两个端口间距极小的情况下,保证端口间出色的隔离度。最终在两个端口间距仅为1.2mm(0.014?,?为3.5GHz时的波长)时,端口间隔离度大于12.5d B,最大可达28d B。6个天线单元分别被放置于移动终端两侧的长边框上,构成了拥有12端口的MIMO天线。最后12端口MIMO天线在工作频带内的反射系数均小于-10d B,传输系数均小于-12d B,效率大于84%,包络相关系数小于0.02。3.对传统的寄生元件去耦合法进行了创新性地改进。由于使用传统的寄生元件去耦合法为MIMO天线去耦合后,会导致天线阻抗匹配的恶化,为了重新阻抗匹配,需要添加匹配电路,而采用改进后的方法可以令MIMO天线在去耦合的同时完成阻抗匹配,无需添加匹配电路,降低了天线设计的复杂度,且便于天线的小型化。为验证该方法的有效性,设计了两款MIMO天线,其中一个为双单元地板辐射天线(Gradi Ant),令一个为双单元MIMO单极子天线。最终使用该方法极大地改善了两款MIMO天线的隔离度,且无需添加匹配电路,便可以在工作频带完成阻抗匹配。
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