【摘要】：現(xiàn)如今的移動(dòng)通信中,不管是在終端還是在基站,天線的數(shù)量越來越多,所需的頻段也越來越多,但由于通信設(shè)備的尺寸限制,小間距下必然會(huì)導(dǎo)致天線之間存在較強(qiáng)的互耦問題,將嚴(yán)重影響天線的輻射性能,因此需要對其進(jìn)行去耦。天線間去耦技術(shù)可以分為同頻去耦和異頻去耦兩類。一般來說,同頻去耦主要應(yīng)用于終端設(shè)備上小間距多單元MIMO天線,達(dá)到降低天線單元的方向圖相關(guān)性提高通信容量目的;異頻去耦則適用多頻共口徑基站天線中,解決由異頻耦合帶來的方向圖畸變問題,改善通信質(zhì)量。因此,提高小間距下天線單元間的同頻與異頻隔離度有巨大意義。本文針對同頻及異頻去耦進(jìn)行深入研究,具體內(nèi)容分為以下兩個(gè)部分:1.基于方向圖分集去耦方法的高隔離MIMO天線。本文提出了一種能應(yīng)用于多天線單元MIMO天線的去耦方法。該方法利用調(diào)節(jié)天線電長度的方式來實(shí)現(xiàn)方向圖分集功能以提高天線隔離度。本文對該去耦方法進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。一個(gè)間距為0.1個(gè)波長的2單元MIMO天線在無任何去耦結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)了20 d B的隔離。此外,基于所提出的去耦方法,一個(gè)8單元MIMO天線陣列在間距為0.066個(gè)波長下實(shí)現(xiàn)了15 d B的隔離。除了能應(yīng)用到多單元MIMO天線中,所提出的去耦方法還可以與其他的去耦結(jié)構(gòu)共同設(shè)計(jì)成雙頻MIMO天線。本文設(shè)計(jì)了一款間距只有5 mm的2單元雙頻MIMO天線,結(jié)合四分之一波長開路縫隙的去耦結(jié)構(gòu),該天線在1.7-2.7 GHz和3.4-3.6GHz的頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)了超過20 d B的隔離。2.基于寄生結(jié)構(gòu)的寬帶雙極化濾波基站天線。在多頻基站中使用濾波天線單元是解決異頻去耦問題比較好的方法。本文設(shè)計(jì)兩款寬帶雙極化濾波基站天線來滿足多頻基站天線中異頻去耦需求。第一款濾波天線在不使用復(fù)雜濾波電路的情況下,只需兩個(gè)寄生環(huán)即可實(shí)現(xiàn)滿意的帶通濾波功能和寬帶匹配性能。兩個(gè)特定的輻射抑制零點(diǎn)可由兩個(gè)寄生環(huán)單獨(dú)產(chǎn)生和控制。為了進(jìn)一步增加天線工作帶寬和加強(qiáng)上阻帶的選擇性,在偶極子的臂上增加了一個(gè)簡單的開路枝節(jié),天線的帶寬可從7.4%增加到47.6%;并且增益從通帶邊沿2.7 GHz的8.6 d Bi快速在帶外2.9GHz處下降至-10 d Bi以下,且?guī)廨椛湟种贫却笥?7 d B。第二款天線則通過在振子臂周圍添加簡單U型寄生枝節(jié),分別在天線的上下阻帶產(chǎn)生1個(gè)零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)帶通濾波效果,通過控制寄生枝節(jié)的長度和振子臂長度可獨(dú)立控制兩個(gè)零點(diǎn),并且天線實(shí)現(xiàn)了超過63%的帶寬。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN828.6
【圖文】：

兩個(gè)天線的間距就要大于 200 mm。另外，當(dāng)它應(yīng)用多單元 MIMO 天線時(shí)，在文獻(xiàn)[17]中，如圖1-1 所示，盡管一個(gè) 10 單元的縫隙 MIMO 天線能實(shí)現(xiàn) 10 dB 的隔離，但是天線單元之間的間距需要達(dá)到 0.23 個(gè)自由空間波長。a） b）圖 1-1 空間分集去耦[17]：a)天線結(jié)構(gòu)；b) S 參數(shù)2) 極化/方向圖分集（Polarization/Pattern Diversity）相比于空間分集，極化/方向圖分集能在天線間距較小的情況下實(shí)現(xiàn)高隔離。極化分集其通過改變天線的排布方式和相對位置，利用天線單元之間的正交極化來降低天線之間的耦合。其原理是將利用九十度或一百八十度的交叉的緊湊型陣列的散射矩陣對角化。這樣使得 S21和 S12為零。其優(yōu)點(diǎn)是容易運(yùn)用到 MIMO 天線中，且不必改變天線結(jié)構(gòu)，兩個(gè)天線間的距離也可以小于半個(gè)波長，但極化分集的 MIMO 天線常常為立體結(jié)構(gòu)，有時(shí)并不適用于平面結(jié)構(gòu)，如圖 1-2 a）所示。而方向圖分集則利用每個(gè)天線朝不同方向輻射以減小天線之間的相關(guān)性，降低耦合。實(shí)現(xiàn)方式通常是將定向天線圍繞圓心放置如圖1-2 b）

4a） b） c）圖1-2 極化/方向圖分集去耦：a)極化分集天線結(jié)構(gòu)[18]；b) 方向圖分集天線結(jié)構(gòu)1[19]；c) 方向圖分集天線結(jié)構(gòu) 2[20]a） b）圖 1-3 寄生枝節(jié)去耦[21]：a)兩單元 MIMO；b）三單元 MIMO 天線3) 添加去耦單元（寄生枝節(jié)）(parasitic element)這種方法普遍地運(yùn)用在 MIMO 天線間的去耦，通常在天線單元之間加入一些枝節(jié)，該枝節(jié)一方面起到隔斷或阻絕天線之間的電磁干擾，影響電流分布，以實(shí)現(xiàn)去耦效果，另一方面構(gòu)成一條新的耦合路徑與原來的天線耦合抵消，降低天線互耦。其優(yōu)點(diǎn)是不必改變天線的結(jié)構(gòu)即能將天線的耦合度降低到 20 dB 以下。但其缺點(diǎn)是寄生枝節(jié)較難實(shí)現(xiàn)，需要滿足特定的天線距離，寄生枝節(jié)也必須在特定位置和特定長度才能達(dá)到去耦目的。并且改方法并不適用于多單元天線中。例如，如圖 1-3 中，一個(gè) 3 單元的 MIMO 天線尺寸達(dá)到了100 mm × 112 mm

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本文編號：2737029