MIMO通信應用中的天線技術與理論研究.pdf

1、與當前主流的移動通信標準(2G/3G)相比,未來的移動通信系統(tǒng)能夠提供更廣闊的智能暢享體驗。未來的移動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(包括衛(wèi)星通信和平流層通信),并且能夠提供定位定時、數(shù)據采集、遠程控制等綜合服務功能。
　　然而,MIMO多天線技術作為未來移動通信中最重要的環(huán)節(jié),其性能的優(yōu)劣程度完全可以決定整個系統(tǒng)的通信質量,移動通信中的MIMO多天線技術已然成為了當前學者們研究的熱門方向。在這類研究中,

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

3、為單元,利用了混合環(huán)饋電設計,對基于模式分集的小型化2×2MIMO移動終端天線系統(tǒng)設計的理論與技術進行了詳細的研究。此設計具有隔離度高、結構緊湊、工作頻帶寬等主要優(yōu)點。
　　論文主要內容概括如下:
　　一、本論文首先介紹了移動通信中MIMO多天線系統(tǒng)常規(guī)的分集技術原理及實現(xiàn)方法;針對強耦合環(huán)境下,移動終端MIMO多天線系統(tǒng)相關性過高的難題提出了模式分集的解決方案;同時通過引入電多極、磁多極展開的基本概念,介紹了模式分集的理論

4、基礎,并規(guī)劃出模式分集方案在工程實現(xiàn)中的技術路線;最后,根據移動通信標準要求提出了本項目設計中相關的技術指標。
　　二、本論文中,還對移動終端單元天線進行了研究,移動終端設備往往要求天線在小型化的同時,也能實現(xiàn)低頻、多頻且寬頻工作,針對這一問題,提出了一種多頻工作的地板開槽PIFA天線。首先,該天線采用常規(guī)的探針饋電形式,結構簡單,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;在此基礎之上,利用了集總

5、元件加載,地板開槽和彎折枝節(jié)等方法,實現(xiàn)了天線結構的小型化;此外,在設計中首次提出了雙短路點PIFA天線的調諧設計,能夠在實現(xiàn)多頻段工作的同時,進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頻段上實現(xiàn)良好的手機單元天線工作性能。
　　三、本論文還對適用于MIMO多天線系統(tǒng)中的混合環(huán)饋電結構進行了小型化設計。應用于M

6、IMO多天線系統(tǒng)的混合環(huán)饋電結構需要滿足兩個要求:一是必須產生具有正交特性的共模與差模,有效地降低其相關性;二是保證兩端口之間有較高的隔離度。此外,饋電結構必須盡可能的緊湊。針對上述難點,經過理論分析和創(chuàng)新,在設計中首次采用了多彎折線結構和平行耦合線反相器的集成設計。最后進行了實驗仿真并且加工測試,實現(xiàn)了混合環(huán)饋電結構的雙頻且寬頻工作,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,作者對對適用于MIMO多天

7、線系統(tǒng)中的混合環(huán)饋電結構進行了小型化設計。針對MIMO多天線系統(tǒng)在實際應用中出現(xiàn)的差模端口低頻部分阻抗匹配效果差的問題,提出了匹配網絡調諧和阻抗?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,為了更好地實現(xiàn)低頻條件下的寬帶工作,還對工程實際中的模式分集方式的內涵進行豐富和完善。然后,以完善后的模式分集理論為指導,對差模端口的角度配對進行了合理的篩選。同時,充分驗證了非180°混合環(huán)設計的可行性。通過加工測試,證明