隨著第五代(5G)無線通信系統(tǒng)的發(fā)展,大規(guī)模MIMO技術(shù)能夠顯著提高通信系統(tǒng)的可靠性和信道容量,被認(rèn)為是5G應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。而在許多應(yīng)用場(chǎng)景中,需要具有更多天線單元的緊湊天線陣列,這要求天線單元之間的間距更小。天線間距越小,互耦越強(qiáng),就會(huì)導(dǎo)致天線性能下降,空間相關(guān)系數(shù)增大,信干噪比(SINR)變差。此外,互耦還會(huì)提高碼元誤碼率。因此,減少M(fèi)IMO陣列間的相互耦合被認(rèn)為是提高M(jìn)IMO系統(tǒng)性能的有效途徑之一。另一方面,近年來關(guān)于超表面、超材料的研究越來越多。超材料具有的某些獨(dú)特性質(zhì)可以十分有效地增強(qiáng)天線陣列的各種性能。超表面作為超材料的二維表現(xiàn)形式,很大程度上拓展了電磁媒質(zhì)的范圍,且具有低剖面,易加工,低損耗等特點(diǎn),在電磁波調(diào)控方面有著極為廣泛的應(yīng)用。為了降低近距離排布MIMO天線陣列的耦合,本文探究了基于超表面覆層的陣列天線耦合抑制方法。超表面覆層不占用天線之間的空間,易于集成,且易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)小型化。本文從表面波耦合和自由空間耦合出發(fā),研究了超表面解耦的理論及實(shí)現(xiàn)方法。論文主要內(nèi)容如下:首先提出一種基于表面波抑制的超表面解耦設(shè)計(jì)。通過理論推導(dǎo)和理想模型仿真發(fā)現(xiàn)當(dāng)超材料覆層與天線基板電... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：84 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１?（ａ）接地介質(zhì)板模型表面波傳播模型；（ｂ）接地介質(zhì)板橫向諧振模型??

?第２章基于表面波耦合抑制的超表面去耦方法研究???Ｊｃ＿ＴＥ?￣?．?？?Ｉ??，?ｗ?＿?１，２?…?（２－７）??４／＾／ａ?—?心／／２??／Ｗ＇ｎ??ｖ?ｊ??－Ｎ，?Ｉ?ｖｙ?＼＾??圖２．２超越方程組（２－５）解的性質(zhì)??通過ＴＭ和ＴＥ模式表面波的截止頻率公式（２－６）和（２－７），可以得出當(dāng)介質(zhì)板??上方為空氣層時(shí)，即叫￡２為１時(shí)，接地介質(zhì)板上總存在ＴＭ模式的表面波，因?yàn)??ＴＭ基模的截止頻率為０。而當(dāng)介質(zhì)板上方覆蓋特殊的介質(zhì)層時(shí)，使得ｇ￡２＝￡ｒ時(shí)，??ＴＥ和ＴＭ模式的截止頻率都趨近無窮大，這說明此時(shí)表面波無法沿介質(zhì)分界面??傳播。??２．２．２?表面波耦合的抑制??由上文可知，當(dāng)叫Ｓ２＝＆時(shí)，接地介質(zhì)板上的表面波無法傳播。因此，可以??通過構(gòu)造一種具有特定介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的超材料介質(zhì)覆蓋于天線陣列表面，以??抑制表面波耦合。為了驗(yàn)證這種方法的可行性，同時(shí)尋找最佳的參數(shù)，首先??仿真了理想均勻超材料覆層覆蓋在微帶貼片天線陣列上方時(shí)天線的耦合情況。仿??真通過ＨＦＳＳ軟件進(jìn)行，驗(yàn)證模型如圖２．３（ａ）所示。兩個(gè)并排放置的微帶貼片天??線印刷在介電常數(shù)為２．２的介質(zhì)基板上，基板厚度為１．５２４ｍｍ，兩個(gè)天線之間的??距離為ｄ＝ｌ〇ｍｍ。天線陣列上面覆蓋一大塊理想介質(zhì)體（ＭＴＭｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ），其介??電常數(shù)和磁導(dǎo)率的乘積在ＨＦＳＳ中通過添加介質(zhì)材料設(shè)定為不同的值。為了避免??介質(zhì)層與空氣層分界面反射波的影響，理想介質(zhì)厚度設(shè)置為半個(gè)波長(zhǎng)左右，整體??尺寸為：ＺｍＸＦｍｘ／／ＯＴ＝１１３ｍｍｘ６５ｍｍｘ４０ｍｒｎ。同時(shí)，在覆蓋層與介質(zhì)基板之間??插入了一小段空氣間隙／ｚａ＝?１

?第２章基于表面波耦合抑制的超表面去耦方法研宄???型的結(jié)果，可以確定設(shè)計(jì)一個(gè)等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率乘積為３的超表面用于微帶??貼片天線陣列的去耦。??－１０－１￣■￣．￣■￣￣■￣Ｉ一￣—｜???此＝１??，備々．厶?－１５：?／?、二：＾２??？?ＭＴＭ?ｓｎｐｅｒｓｔｒａｔｅ?＾７—?—?￣４??Ｉ?－?ｙｆ?，，ｒ＼＾ｐｚ±－??：ｂｍ１??３．２?３．３?３４?３．５?３．６?３．７?３?８??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＧＨｚ）??（ａ）?（ｂ）??圖２．３?（ａ）理想均勻介質(zhì)體加載的天線陣列模型；（ｂ）理想模型傳輸系數(shù)仿真結(jié)果??２．３?方環(huán)型縫隙超表面單元設(shè)計(jì)與仿真??為了設(shè)計(jì)一種滿足的超表面，同時(shí)不影響天線的輻射特性，設(shè)計(jì)了??如圖２．４所示的方環(huán)縫隙超表面。超表面印刷在介電常數(shù)為３．５５的介質(zhì)板??Ｒ０４００３Ｃ上，厚度ｈ／＝?１．５２４ｍｍ。超表面由４ｘ５個(gè)單元組成，每個(gè)單元由蝕刻??在金屬印刷層上的正方形環(huán)狀縫隙組成。單元的邊長(zhǎng)為ｓ／＝?１６ｍｍ，環(huán)的邊長(zhǎng)為??／＝Ｉ５ｍｍ，環(huán)寬?ｗ＝ｌｍｍ。??１?－＊！??■?：：??一??ｗ?，＿＿?ｒ?…１??Ｌ．．Ｊ??ｆ?ｊ??Ｓｔ?１??＾ｗｈｗｏｔｉｃ?Ｌｔｍｗｎ＊ｆ?ａ？ｍａｉ？？？ｗ８?ｌｎｎｗｘｗｉｒｌ?ＳｎａＭｗａｍｌ??圖２．４方環(huán)縫隙超表面及單元尺寸示意圖??３－１０?＼?／??￡?％?？？??｜－２。?？，／??？４０?＊??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＧＨｚ）??（ａ）?（ｂ）??圖２．５?（ａ）方環(huán)縫隙超表面單元仿真模型；（ｂ）超表面單元傳輸與反射系數(shù)??１０??


本文編號(hào)：2948410