【摘要】：隨著第四代移動(dòng)通信時(shí)代的到來,移動(dòng)通信系統(tǒng)的需求越來越趨于更大容量、更高數(shù)據(jù)傳輸速率和更好的服務(wù)質(zhì)量。一方面4G通信覆蓋頻帶進(jìn)一步展寬,無線終端天線的發(fā)展方向越來越趨于寬頻帶、多頻帶和高性能,而預(yù)留給天線的空間卻越來越小,天線設(shè)計(jì)的小型化問題變得尤為重要。另一方面采用多輸入和多輸出(MIMO)的通信系統(tǒng)能夠提高通信容量和信道傳輸可靠性,勢必成為最有前景的寬帶無線通信發(fā)展方向之一。對于體積有限的無線終端設(shè)備來說,在狹小的空間內(nèi)放置多個(gè)天線,并確保各天線的獨(dú)立有效工作,是目前無線終端MIMO天線技術(shù)面臨的巨大挑戰(zhàn)。本文通過引入超材料的設(shè)計(jì)思想,研究基于復(fù)合左右手傳輸線零階諧振的小型化天線設(shè)計(jì)、高隔離度MIMO天線設(shè)計(jì)以及加載電阻性吸波材料的終端天線降SAR問題,以實(shí)現(xiàn)手機(jī)天線的多頻帶、小型化、高性能等。文章首先介紹了超材料的基礎(chǔ)理論,包括左手材料的原理以及其獨(dú)特的電磁特性,推導(dǎo)了左手材料中的電磁傳播特性。接著分析了復(fù)合左右手傳輸線(CRLH-TLs)及其等效電路模型,詳細(xì)介紹了復(fù)合左右手傳輸線的實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用和零階諧振特性;同時(shí)重點(diǎn)介紹了MIMO技術(shù)的基本原理和天線比吸收率SAR的定義和標(biāo)準(zhǔn),介紹了終端設(shè)備SAR值測試的基本環(huán)境。其次設(shè)計(jì)了一款覆蓋LTE頻段的新型智能手機(jī)終端天線。通過應(yīng)用零階諧振原理在天線設(shè)計(jì)中加載等效左手電容、左手電感結(jié)構(gòu)和引入地回路電流的方法,實(shí)現(xiàn)了天線的小型化、高性能設(shè)計(jì)。該天線頻帶覆蓋LTE747/GSM850/900/DCS1800/PCS1900/UMTS/LTE2300/2600,具有較好的輻射特性,較高的輻射效率和增益,能夠滿足LTE智能移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)要求。文中對該天線的工作特性給出了詳細(xì)分析,同時(shí)進(jìn)行了加工測量,實(shí)測結(jié)果顯示加工的天線與仿真結(jié)果吻合,該零階諧振天線具有小型化和高性能的優(yōu)點(diǎn)。接下來文章介紹了幾種MIMO天線的去耦方法,能夠提高天線單元間的隔離度。以一款零階諧振天線為單元,構(gòu)造四單元MIMO天線系統(tǒng),討論四種不同擺放位置情況下天線單元之間的耦合情況。選取兩種放置方式,通過加載中和線和缺陷地結(jié)構(gòu)兩種不同的方法,提高天線單元間的隔離度。最后給出了一款雙零階手機(jī)天線模型,以該模型為基礎(chǔ),通過一組以不同方式加載電阻性表面材料的結(jié)果對比,驗(yàn)證了這種電阻性材料的加載能夠損耗掉天線向人頭方向輻射的功率,減小天線SAR值。同時(shí)通過分析周期型的R-Cards和加載FSS頻率選擇表面的R-Cards兩種模型,保證降低天線SAR值的同時(shí),確保天線的輻射效率,實(shí)現(xiàn)更好的性能表現(xiàn)。
[Abstract]:With the arrival of the fourth generation mobile communication era, the demand of mobile communication system tends to be more and more large capacity, higher data transmission rate and better quality of service. On the one hand, the coverage band of 4G communication is further broadened, the development direction of wireless terminal antenna tends to be more and more wide band, multi-band and high performance, but the space reserved for antenna becomes smaller and smaller, so the miniaturization of antenna design becomes more and more important. On the other hand, the multi-input and multi-output (MIMO) communication system can improve the communication capacity and channel transmission reliability, which is bound to become one of the most promising broadband wireless communication development direction. For wireless terminal devices with limited size, it is a great challenge for wireless terminal MIMO antenna technology to place multiple antennas in a narrow space and ensure the independent and effective operation of each antenna. In this paper, the design of miniaturized antenna based on zero-order resonance of composite left-right hand transmission line, the design of high isolation MIMO antenna and the SAR reduction problem of terminal antenna loaded with resistive absorbing material are studied by introducing the design idea of supermaterial. In order to achieve the mobile phone antenna multi-band, miniaturization, high performance and so on. This paper first introduces the basic theory of metamaterials, including the principle of left-handed materials and its unique electromagnetic properties, and deduces the electromagnetic propagation characteristics in left-handed materials. Then, the CRLH-TLs and its equivalent circuit model are analyzed, and the realization, application and zero-order resonance characteristics of the compound left-right transmission line are introduced in detail. At the same time, the basic principle of MIMO technology and the definition and standard of antenna specific absorptivity SAR are introduced, and the basic environment of terminal equipment SAR testing is also introduced. Secondly, a new smart phone terminal antenna covering LTE band is designed. By applying the zero-order resonance principle to the antenna design, the equivalent left-handed capacitance, the left-handed inductance structure and the introduction of the earth loop current are applied to realize the antenna miniaturization and high performance design. This antenna has better radiation characteristics, higher radiation efficiency and gain, and can meet the design requirements of LTE intelligent mobile terminal. In this paper, the working characteristics of the antenna are analyzed in detail, and the machining measurements are carried out. The measured results show that the fabricated antenna is in good agreement with the simulation results. The zero-order resonant antenna has the advantages of miniaturization and high performance. Then, several decoupling methods of MIMO antenna are introduced, which can improve the isolation between antenna elements. Using a zero-order resonant antenna as a unit, a four-element MIMO antenna system is constructed, and the coupling between the antenna elements in four different positions is discussed. Two placement methods are selected to improve the isolation between antenna elements by two different methods: load neutralization line and defective ground structure. Finally, a dual-zero-order antenna model of mobile phone is presented. Based on the model, the results of a group of resistive surface materials loaded in different ways are compared. It is verified that the loading of the resistive material can reduce the radiation power of the antenna toward the human head and reduce the SAR value of the antenna. At the same time, the periodic R-Cards model and the R-Cards model loaded on the FSS frequency selective surface are analyzed to ensure that the SAR value of the antenna is reduced, and the radiation efficiency of the antenna is ensured, and better performance is achieved.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN828.6

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本文編號(hào)：2264336