發(fā)布時間：2020-05-12 05:49

【摘要】：隨著現(xiàn)代移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展,各種無線業(yè)務(wù)和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求爆炸性增長,目前正朝著第五代移動通信漸進,對系統(tǒng)信道容量等也更加苛刻。當(dāng)下,多輸入多輸出技術(shù)(MIMO)通過在輸入端和輸出端安裝多個天線,產(chǎn)生多個獨立數(shù)據(jù)流,該技術(shù)作為提高系統(tǒng)信道容量的方法之一,已成為未來無線通信系統(tǒng)中不可或缺的一部分。MIMO特別是Massive MIMO,要求天線陣列在有限的空間內(nèi)安裝上百個天線,無論在基站或者終端上,設(shè)備空間是極其狹小的,天線陣列必須要緊湊的。因此,研究MIMO中的電磁耦合抑制是很有必要的。此外,通信頻段越來越多,需在同一設(shè)備上安裝眾多窄帶天線,作為增大系統(tǒng)信道容量的另外一種途徑,寬帶化研究也是天線設(shè)計的緊迫要求。本文結(jié)合科研課題和移動通信系統(tǒng)中的熱點及難點問題,基于電磁耦合等相關(guān)調(diào)控問題,是該利用耦合還是該抑制耦合等方面進行研究;對解決天線系統(tǒng)信道容量的兩類方法,采用MIMO技術(shù)或展寬系統(tǒng)帶寬,分別進行討論。本文,首先介紹了在MIMO系統(tǒng)中抑制電磁耦合的相關(guān)研究,之后對基于阻抗調(diào)控的天線寬帶化設(shè)計進行討論。所做的成果,概括如下三部分:1.基于枝節(jié)的電磁耦合調(diào)控技術(shù),研究枝節(jié)的耦合抑制性能。分析基于解耦枝節(jié)的高隔離技術(shù),陣列互耦產(chǎn)生的原因及計算方法。a)通過對變形結(jié)構(gòu)的單極子陣列天線分析研究,利用一根簡單的連接線,在特定的頻段將天線隔離性能達到所需的要求,之后將S參數(shù)導(dǎo)入商業(yè)仿真軟件ADS中進行聯(lián)合仿真,并在兩個饋電點處各增加一個匹配電路,改善雙端口天線的匹配性能,最終實現(xiàn)了一階高隔離MIMO陣列。該成果已經(jīng)發(fā)表在APCAP(國際會議),并獲最佳論文提名獎。b)基于交指耦合線,將原有的短接線改成交指耦合線,并與一個開口諧振環(huán)聯(lián)合響應(yīng),分析其對單極陣列隔離性能的影響,無需額外的匹配電路設(shè)計,實現(xiàn)抑制陣列電磁耦合的二階解耦技術(shù)。該成果已經(jīng)發(fā)表在核心外文期刊上。2.基于覆層的電磁耦合調(diào)控技術(shù),研究超表面的耦合抑制性能。先簡要說明超材料應(yīng)用于陣列解耦的背景,及重要參數(shù)提取方法。a)通過分析諧振環(huán)單元的特性,計算出人工單元的負磁導(dǎo)率區(qū)間,將超表面放置于互耦陣列上方,比較前后的隔離性能,研究該超表面對電磁波傳輸?shù)挠绊?繼而抑制陣列間電磁耦合。在詳細的理論分析之后,實物加工與測試,驗證該MAAD技術(shù)對天線陣列解耦的有效性。為進一步分析上層超表面覆層大小對電磁波解耦性能的影響,通過改變諧振單元的數(shù)量,如6×4,7×5,8×6,進一步研究其對隔離性能的影響,得出最合適的單元數(shù)目。為進一步驗證該技術(shù)對Massive MIMO的可行性,將其應(yīng)用于1×4,1×8陣列中,進一步仿真分析覆層耦合抑制技術(shù)。提出的基于負磁導(dǎo)率超表面的高隔離設(shè)計方法,已發(fā)表于核心期刊Scientific Reports上。b)此前,有關(guān)在兩天線間增加EBG,DGS或其他諧振結(jié)構(gòu)的高隔離設(shè)計,鑒于很多情況天線間距小,不能給設(shè)計師留足夠的空間去添加一些去耦結(jié)構(gòu),考慮將周期性磁環(huán)(MCR)環(huán)繞在陣列周圍,通過改變電流耦合路徑,實現(xiàn)一種設(shè)計高隔離陣列的新方法。3.基于阻抗調(diào)控技術(shù),研究天線寬帶化。提高系統(tǒng)信道容量另外一種方案,本章主要圍繞寬帶化展開討論。a)通過對原有結(jié)構(gòu)進行改進,利用饋線與主輻射體之間的電磁耦合響應(yīng),設(shè)計了一款應(yīng)用于射頻識別領(lǐng)域的超高頻二階寬帶天線,并對其工作機理進行詳細推導(dǎo),為設(shè)計寬帶天線提供了思路,并已發(fā)表核心期刊。b)作為對比a,基于短路針加載,對天線阻抗進行調(diào)控,實現(xiàn)另一種寬帶RFID天線。c)鑒于超寬帶頻段與其他通信頻段的交叉會產(chǎn)生信號的干擾�；陔姶篷詈霞夹g(shù),通過調(diào)節(jié)兩個非對稱的蘑菇狀結(jié)構(gòu)與饋電線之間的耦合,以及寄生枝節(jié)與主輻射體之間的耦合等,對阻抗特性靈活調(diào)控,實現(xiàn)了一款在三個窄頻帶內(nèi)具有帶阻特性的UWB天線。對影響三個頻段的一些關(guān)鍵參數(shù)進行了分析,需要指出的是,在第二個帶阻頻段,實現(xiàn)了完美的方形,該優(yōu)點在窄波帶阻領(lǐng)域比較少見。
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文及形狀對天線的耦合情況影響都會比較大。OuYang 等人提出僅在地板上刻蝕一條簡單的縫隙的方法[26]，實現(xiàn)一款工作在 WLAN 5.8 GHz 頻段的MIMO雙天線，如圖 1.1。天線為兩個同一極化方向的微帶貼片天線, 兩個饋電點之間的間距為 0.33λ，其中縫隙的長度大約為中心諧振頻點的λ/2。此λ/2 槽諧振結(jié)構(gòu)讓耦合的能量更多的輻射到自由空間當(dāng)中，阻止了耦合的能量從一個天線到另外一個天線，更遏制了后瓣輻射，且在 5.8 GHz 點頻處隔離提高了 40 dB。Shin 等人通過在地板上不同位置，刻蝕兩條寬度長度不等的λ/4諧振縫隙，如圖1.2，產(chǎn)生了一個覆蓋在5.2 GHz和5.8 GH（z41.4%）的雙頻的解耦陣列，并且能提供克服多徑衰落的空間分集[27]。而后， Chiu 等人對多縫隙結(jié)構(gòu)的解耦技術(shù)進行了詳細的綜述，如圖 1.3 單極子，微帶，，PIFA 為例，通過合理的設(shè)計縫隙的個數(shù)，長度，排列方法，天線互耦顯著改善[28]。

寬度長度不等的λ/4諧振縫隙，如圖1.2，產(chǎn)生了一個覆蓋在5.2 GHz和5.8 GH（z41.4%）的雙頻的解耦陣列，并且能提供克服多徑衰落的空間分集[27]。而后， Chiu 等人對多縫隙結(jié)構(gòu)的解耦技術(shù)進行了詳細的綜述，如圖 1.3 單極子，微帶，PIFA 為例，通過合理的設(shè)計縫隙的個數(shù)，長度，排列方法，天線互耦顯著改善[28]。圖1.1 OuYang 等人設(shè)計的單縫單頻解耦技術(shù)[26]
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN828

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 王軍會;超寬帶天線及其陣列的若干技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

2 劉乘源;基于開路枝節(jié)的多陷波超寬帶濾波器/天線研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2014年

3 李慧;可移動終端的多天線系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2013年

4 左少麗;無線終端設(shè)備天線及其解耦技術(shù)的研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

5 王煊;小型手持移動終端多天線技術(shù)研究[D];清華大學(xué);2010年

本文編號：2659759