移動(dòng)通信系統(tǒng)的用戶數(shù)日益增多,對通信容量和數(shù)據(jù)速率提出了更高的要求,與此同時(shí),用戶追求移動(dòng)終端的輕薄化、全屏化,留給天線的設(shè)計(jì)空間非常有限。MIMO天線是由多天線組成的收發(fā)系統(tǒng),可以充分利用多徑效應(yīng)來提高信道容量和頻譜利用率,因此得到廣泛關(guān)注。但是將MIMO天線技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)終端還存在兩大難點(diǎn),一是如何把多天線放置在有限空間內(nèi);二是如何使有限空間中的多天線之間隔離度提高。針對這兩個(gè)難點(diǎn),本文對移動(dòng)終端小型化MIMO天線進(jìn)行了深入研究。本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)梳理了移動(dòng)終端及MIMO天線的發(fā)展歷程,總結(jié)了當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者對小型化天線、低耦合天線和多頻天線的研究狀況,介紹了 MIMO天線的相關(guān)理論與技術(shù),為后續(xù)研究提供理論基礎(chǔ)和分析方法。(2)提出了兩種基于平面單極子的雙頻段和三頻段MIMO天線結(jié)構(gòu)。對于雙頻段天線,采用U型單極子和U型縫隙結(jié)構(gòu)有效延長了電流路徑,在尺寸保持不變的情況下獲得了較低的諧振頻率;同時(shí),采用在單元間加載T型枝節(jié)和在地板上刻蝕雙倒T型縫隙的方法降低了耦合,使天線在2.24GHz～2.6GHz和3.38GHz～3.69GHz頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了良好的匹配和較高的隔離度。對于三頻段天線,采用地板延伸及在其上刻蝕L型槽的方法改變地板上的表面電流路徑,從而在不改變單元整體物理尺寸的前提下,增加了一個(gè)新諧振頻段,同時(shí)隔離度也得到顯著提高,天線最終在 2.73GHz～2.82GHz、3.41GHz～3.63GHz 和 4.79GHz～4.93GHz頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了良好的匹配和較高的隔離度。在理論分析基礎(chǔ)上,對天線進(jìn)行了實(shí)際加工測試,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性。(3)提出了兩種基于PIFA的三頻段和四頻段MIMO天線結(jié)構(gòu)。對于三頻段天線,采用容性耦合饋電結(jié)構(gòu)引入了一個(gè)新的諧振頻段,由于單元間距離較遠(yuǎn),近場耦合較小,所以不需要設(shè)計(jì)額外的去耦結(jié)構(gòu),天線能夠在2.32GHz～2.5GHz、4.52GHz～5.1GHz和5.7GHz～6.24GHz頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的匹配和較高的隔離度。對于四頻段天線,通過引入側(cè)向微帶線和寄生貼片增加了兩個(gè)新的諧振頻段,通過加載中和線和在地板上刻蝕L型縫隙來減小耦合,最終天線在1.76GHz～1.88GHz、3.46GHz～3.54GHz、4.71GHz～4.87GHz 和 5.74GHz～5.89GHz 頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了 良好的匹配和較高的隔離度。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5;TN820
【部分圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｔｈｅ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｏｂｉｌｅ?ｐｈｏｎｅ［８）??對于只具有語音通話和收發(fā)短信功能的初代移動(dòng)電話而言，其天線只需要覆??蓋ＧＳＭ和ＷＣＤＭＡ頻段，而智能移動(dòng)電話必須兼容更多頻段，才能實(shí)現(xiàn)ＷＬＡＮ、??Ｗｉ－Ｆｉ接入網(wǎng)、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ數(shù)據(jù)傳輸、ＧＰＳ導(dǎo)航和定位功能，因此多頻天線在移動(dòng)電??話中得到了廣泛應(yīng)用。另外，由于ＭＩＭＯ天線能夠顯著提高信道容量和頻譜利用??率，已經(jīng)被ＬＴＥ無線通信協(xié)議定為下一代無線通信的標(biāo)準(zhǔn)。??１．２．２?ＭＩＭＯ技術(shù)的演進(jìn)??Ｍａｒｃｏｎｉ在１９０８年最早提出了?ＭＩＭＯ技術(shù)［９＿１Ｑ］，上世紀(jì)９０年代，ＡＴ＆Ｂｅｌｌ實(shí)??驗(yàn)室的學(xué)者完成了將ＭＩＭＯ技術(shù)用于通信系統(tǒng)的基本工作［１１］。１９９５年Ｔｅｌａｄａｒ推??導(dǎo)出了加性高斯信道中ＭＩＭＯ系統(tǒng)的容量公式［｜２］。Ｆｏｓｈｉｎｉａ和Ｓｅｓｈａｄｒｉ分別給出??了多輸入多輸出系統(tǒng)的處理算法［１３］和空時(shí)編碼［１４］。由Ｗｏｌｎｉａｎｓｋｙ等人建立的一個(gè)??ＭＩＭＯ實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，經(jīng)試驗(yàn)，頻譜利用率可以達(dá)到２０ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ，自此，ＭＩＭＯ技術(shù)在??

對輻射單元進(jìn)行彎折以及加載短路結(jié)構(gòu)等。??２０１３年ＤｏｃｋＯｎ公司的研宄員使用陶瓷材料作為介質(zhì)基板設(shè)計(jì)出了工作于??ＬＴＥ頻段的手持移動(dòng)終端ＭＩＭＯ天線［１８］，如圖１－２所示，天線印刷在相對介電常??數(shù)為６．４５的陶瓷材料上，尺寸比不使用陶瓷材料減小了?２２％。??１／通??螺?ＷＫｔｍ??圖１－２使用陶瓷材料的天線單元實(shí)物［１８１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ａｎｔｅｎｎａ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｗｉｔｈ?ｃｅｒａｍｉｃ１＇８１??文獻(xiàn)［１９］中，作者通過在輻射貼片表面開Ｍ型和雙Ｌ型槽使天線尺寸降為??１３．６ｍｍｘｌ３．６ｍｍ，但是天線的轄射性能基本保持不變。文獻(xiàn)［２０］中，作者在福射貼??片表面開了對稱Ｕ型槽，隨著槽的尺寸増大，諧振頻率向低頻偏移，而貼片的總??面積并未發(fā)生變化。文獻(xiàn)［１９］和文獻(xiàn)［２０］中的天線結(jié)構(gòu)如圖１－３所示。??＇?－?丨１?、、：?■??贏?Ｉ?ｎ°??ｐ?ｇ，?ｌ＊?＊??ｂ??Ｈ＾ｒ????■?１?Ｗｐ?＊??ａ）?ｂ）??圖１－３表面開槽天線ａ）?Ｍ和雙Ｌ型槽天線［１９］?ｂ）對稱Ｕ型天線［２Ｑ】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ａｎｔｅｎｎａｓ?ｗｉｔｈ?ｓｌｏｔｓ?ｏｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａ）?Ａｎ?ａｎｔｅｎｎａ?ｗｉｔｈ?Ｍ－ｓｈａｐｅｄ?ａｎｄ?ｄｏｕｂｌｅ?Ｌ－ｓｈａｐｅｄ?ｓｌｏｔｓ１＇９＇??ｂ）?Ａｎ?ａｎｔｅｎｎａ?ｗｉｔｈ?ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ?Ｕ－ｓｈａｐｅｄ?ｓｌｏｔｓ［２〇！??馬來西亞Ｋｅｂａｎｇｓａａｎ大學(xué)的研究者Ａｍｅｒ于２０１８年設(shè)計(jì)出了蜿？｜形狀的??ＭＩＭＯ分形天線［２１］

對輻射單元進(jìn)行彎折以及加載短路結(jié)構(gòu)等。??２０１３年ＤｏｃｋＯｎ公司的研宄員使用陶瓷材料作為介質(zhì)基板設(shè)計(jì)出了工作于??ＬＴＥ頻段的手持移動(dòng)終端ＭＩＭＯ天線［１８］，如圖１－２所示，天線印刷在相對介電常??數(shù)為６．４５的陶瓷材料上，尺寸比不使用陶瓷材料減小了?２２％。??１／通??螺?ＷＫｔｍ??圖１－２使用陶瓷材料的天線單元實(shí)物［１８１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ａｎｔｅｎｎａ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｗｉｔｈ?ｃｅｒａｍｉｃ１＇８１??文獻(xiàn)［１９］中，作者通過在輻射貼片表面開Ｍ型和雙Ｌ型槽使天線尺寸降為??１３．６ｍｍｘｌ３．６ｍｍ，但是天線的轄射性能基本保持不變。文獻(xiàn)［２０］中，作者在福射貼??片表面開了對稱Ｕ型槽，隨著槽的尺寸増大，諧振頻率向低頻偏移，而貼片的總??面積并未發(fā)生變化。文獻(xiàn)［１９］和文獻(xiàn)［２０］中的天線結(jié)構(gòu)如圖１－３所示。??＇?－?丨１?、、：?■??贏?Ｉ?ｎ°??ｐ?ｇ，?ｌ＊?＊??ｂ??Ｈ＾ｒ????■?１?Ｗｐ?＊??ａ）?ｂ）??圖１－３表面開槽天線ａ）?Ｍ和雙Ｌ型槽天線［１９］?ｂ）對稱Ｕ型天線［２Ｑ】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ａｎｔｅｎｎａｓ?ｗｉｔｈ?ｓｌｏｔｓ?ｏｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａ）?Ａｎ?ａｎｔｅｎｎａ?ｗｉｔｈ?Ｍ－ｓｈａｐｅｄ?ａｎｄ?ｄｏｕｂｌｅ?Ｌ－ｓｈａｐｅｄ?ｓｌｏｔｓ１＇９＇??ｂ）?Ａｎ?ａｎｔｅｎｎａ?ｗｉｔｈ?ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ?Ｕ－ｓｈａｐｅｄ?ｓｌｏｔｓ［２〇！??馬來西亞Ｋｅｂａｎｇｓａａｎ大學(xué)的研究者Ａｍｅｒ于２０１８年設(shè)計(jì)出了蜿？｜形狀的??ＭＩＭＯ分形天線［２１］
【參考文獻(xiàn)】

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1 濮偉心;張新程;;MIMO及其兩種應(yīng)用技術(shù)[J];電信科學(xué);2007年09期

2 趙亞男,張祿林,吳偉陵;MIMO技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J];電訊技術(shù);2005年01期

3 張軼博;無線通信的新技術(shù)MIMO[J];電信快報(bào);2004年07期

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4 普遠(yuǎn)航;雙頻微帶天線的研究[D];南京理工大學(xué);2008年

5 黃瑋;小型化雙頻圓極化微帶天線的研制[D];上海交通大學(xué);2006年

本文編號：2871533