MIMO通信應(yīng)用中的天線技術(shù)與理論研究.pdf

1、與當(dāng)前主流的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)(2G/3G)相比,未來(lái)的移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠提供更廣闊的智能暢享體驗(yàn)。未來(lái)的移動(dòng)通信可以跨越不同的頻帶,也可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)(包括衛(wèi)星通信和平流層通信),并且能夠提供定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合服務(wù)功能。
　　然而,MIMO多天線技術(shù)作為未來(lái)移動(dòng)通信中最重要的環(huán)節(jié),其性能的優(yōu)劣程度完全可以決定整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量,移動(dòng)通信中的MIMO多天線技術(shù)已然成為了當(dāng)前學(xué)者們研究的熱門(mén)方向。在這類研究中,

2、主要難點(diǎn)就在于天線系統(tǒng)的高隔離度、寬頻帶與小型化三者之間不可調(diào)和的矛盾。
　　首先,手持移動(dòng)終端單元天線的設(shè)計(jì)很難同時(shí)滿足小型化、寬帶化和多頻化的要求;其次,通信應(yīng)用中的MIMO天線系統(tǒng)輻射場(chǎng)的非正交特性也容易造成模式互耦以及高相關(guān)性,因此,多天線技術(shù)在手持終端的應(yīng)用中受到極大的限制。即使采用分集技術(shù),隨之產(chǎn)生的體積增大的問(wèn)題也不利于手機(jī)天線與射頻前端電路(饋電網(wǎng)絡(luò))集成。本文分別以平面結(jié)構(gòu)的寬頻帶、小型化彎折單極子與PIFA天線

3、為單元,利用了混合環(huán)饋電設(shè)計(jì),對(duì)基于模式分集的小型化2×2MIMO移動(dòng)終端天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論與技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。此設(shè)計(jì)具有隔離度高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作頻帶寬等主要優(yōu)點(diǎn)。
　　論文主要內(nèi)容概括如下:
　　一、本論文首先介紹了移動(dòng)通信中MIMO多天線系統(tǒng)常規(guī)的分集技術(shù)原理及實(shí)現(xiàn)方法;針對(duì)強(qiáng)耦合環(huán)境下,移動(dòng)終端MIMO多天線系統(tǒng)相關(guān)性過(guò)高的難題提出了模式分集的解決方案;同時(shí)通過(guò)引入電多極、磁多極展開(kāi)的基本概念,介紹了模式分集的理論

4、基礎(chǔ),并規(guī)劃出模式分集方案在工程實(shí)現(xiàn)中的技術(shù)路線;最后,根據(jù)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)要求提出了本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。
　　二、本論文中,還對(duì)移動(dòng)終端單元天線進(jìn)行了研究,移動(dòng)終端設(shè)備往往要求天線在小型化的同時(shí),也能實(shí)現(xiàn)低頻、多頻且寬頻工作,針對(duì)這一問(wèn)題,提出了一種多頻工作的地板開(kāi)槽PIFA天線。首先,該天線采用常規(guī)的探針饋電形式,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于集成,且加工的容差度較高,能有效地保證天線成品加工一致性,降低加工成本;在此基礎(chǔ)之上,利用了集總

5、元件加載,地板開(kāi)槽和彎折枝節(jié)等方法,實(shí)現(xiàn)了天線結(jié)構(gòu)的小型化;此外,在設(shè)計(jì)中首次提出了雙短路點(diǎn)PIFA天線的調(diào)諧設(shè)計(jì),能夠在實(shí)現(xiàn)多頻段工作的同時(shí),進(jìn)一步拓展天線的阻抗帶寬,在GSM850/900、DCS、PCS、LTE2300/2500、WLAN11.b、WLAN11.a、WiMAX、IMT-Advanced頻段上實(shí)現(xiàn)良好的手機(jī)單元天線工作性能。
　　三、本論文還對(duì)適用于MIMO多天線系統(tǒng)中的混合環(huán)饋電結(jié)構(gòu)進(jìn)行了小型化設(shè)計(jì)。應(yīng)用于M

6、IMO多天線系統(tǒng)的混合環(huán)饋電結(jié)構(gòu)需要滿足兩個(gè)要求:一是必須產(chǎn)生具有正交特性的共模與差模,有效地降低其相關(guān)性;二是保證兩端口之間有較高的隔離度。此外,饋電結(jié)構(gòu)必須盡可能的緊湊。針對(duì)上述難點(diǎn),經(jīng)過(guò)理論分析和創(chuàng)新,在設(shè)計(jì)中首次采用了多彎折線結(jié)構(gòu)和平行耦合線反相器的集成設(shè)計(jì)。最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真并且加工測(cè)試,實(shí)現(xiàn)了混合環(huán)饋電結(jié)構(gòu)的雙頻且寬頻工作,保證了端口間具備良好的隔離效果。
　　四、最后,在本論文最后一部分中,作者對(duì)對(duì)適用于MIMO多天

7、線系統(tǒng)中的混合環(huán)饋電結(jié)構(gòu)進(jìn)行了小型化設(shè)計(jì)。針對(duì)MIMO多天線系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的差模端口低頻部分阻抗匹配效果差的問(wèn)題,提出了匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧和阻抗?jié)u變線兩種方案,在一定程度上改善了差模端口低頻部分的阻抗匹配特性。但是,為了更好地實(shí)現(xiàn)低頻條件下的寬帶工作,還對(duì)工程實(shí)際中的模式分集方式的內(nèi)涵進(jìn)行豐富和完善。然后,以完善后的模式分集理論為指導(dǎo),對(duì)差模端口的角度配對(duì)進(jìn)行了合理的篩選。同時(shí),充分驗(yàn)證了非180°混合環(huán)設(shè)計(jì)的可行性。通過(guò)加工測(cè)試,證明