本文關(guān)鍵詞：UWB-MIMO天線研究

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【摘要】：將超寬帶(UWB,Ultra-wideband)無(wú)線通信技術(shù)與多入多出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)技術(shù)相結(jié)合的無(wú)線通信系統(tǒng)稱之為UWB-MIMO系統(tǒng)。工作于3.1GHz~10.6GHz的UWB無(wú)線通信系統(tǒng)具有傳輸速率高、抗多徑衰落能力強(qiáng)等特點(diǎn),引入MIMO這一將多徑視為有利因素并可在不增加系統(tǒng)帶寬情況下提高系統(tǒng)容量的技術(shù)將可進(jìn)一步提高UWB系統(tǒng)的容量,使之達(dá)到1Gb/s以上。同時(shí),美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC,Federal Communications Commission)對(duì)UWB的輻射功率作了嚴(yán)格的限制,使得UWB無(wú)線通信系統(tǒng)的通信距離較短,然而,引入MIMO技術(shù)后,就可以在不增加輻射功率的情況下通過(guò)波束形成技術(shù)有效的增加UWB系統(tǒng)的通信距離,而且這種采用較低輻射功率的UWB-MIMO系統(tǒng)也符合近年來(lái)在世界范圍內(nèi)興起的以節(jié)能減排為目標(biāo)的“綠色通信”的理念。另外,UWB信號(hào)具有很強(qiáng)的穿透能力,可以隔墻通信、成像、定位等,這是同樣具有較高傳輸速率的基于60GHz毫米波應(yīng)用的IEEE 802.15.3c設(shè)備所不具備的。正因?yàn)閁WB-MIMO系統(tǒng)具有如此優(yōu)越和獨(dú)特的特性,它開(kāi)始引起國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的重視和研究。UWB-MIMO天線作為UWB-MIMO系統(tǒng)發(fā)射和接收信號(hào)的關(guān)鍵部件,其研究也開(kāi)始逐步受到關(guān)注。論文以UWB-MIMO這一極具發(fā)展?jié)摿Φ臒o(wú)線通信系統(tǒng)中的UWB-MIMO天線為研究對(duì)象,對(duì)這種天線的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入的研究,主要完成了以下三方面的工作:1)對(duì)極化分集UWB-MIMO天線進(jìn)行了研究。本文針對(duì)采用T形去耦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極化分集UWB-MIMO存在天線尺寸較大、帶寬較窄等缺點(diǎn),提出了一種新型的指數(shù)漸變線去耦結(jié)構(gòu)來(lái)解決這些問(wèn)題,并采用這種去耦結(jié)構(gòu)成功設(shè)計(jì)了一款結(jié)構(gòu)緊湊的極化分集UWB-MIMO天線。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)證明該方法是可行,采用該方法設(shè)計(jì)的天線不僅具有更寬的阻抗帶寬和更緊湊的結(jié)構(gòu),同時(shí)也具有更高的平均增益。2)對(duì)方向圖分集UWB-MIMO天線進(jìn)行了研究。本文針對(duì)現(xiàn)階段小型化UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)中存在去耦結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、設(shè)計(jì)難度大等問(wèn)題,提出了一種基于“E面對(duì)稱切半法”的方向圖分集UWB-MIMO設(shè)計(jì)方法,并給出了該方法每一步的設(shè)計(jì)機(jī)理。該方法以一個(gè)具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的UWB平面單極子天線為初始模型進(jìn)行設(shè)計(jì),采用該方法設(shè)計(jì)的UWB-MIMO天線不僅尺寸較小,而且去耦結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程和提高設(shè)計(jì)效率。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的可行性,本文以一個(gè)圓形UWB平面單極子天線為例設(shè)計(jì)了一款方向圖分集UWB-MIMO天線,并對(duì)天線模型進(jìn)行了加工和實(shí)驗(yàn)測(cè)試,仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)證明該方法是可行的、正確的。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的普適性,本文以同樣具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的切角矩形UWB平面單極子天線為初始模型仿真設(shè)計(jì)了另外一款方向圖分集UWB-MIMO天線,仿真結(jié)果證明了本文提出的設(shè)計(jì)方法具有很好的普適性,可應(yīng)用于各種具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的UWB平面單極子天線上。同時(shí),利用該方法設(shè)計(jì)的UWB-MIMO天線還可進(jìn)一步縮減尺寸,縮減尺寸后的天線通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)依然能夠滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。3)對(duì)帶有陷波功能的UWB-MIMO天線進(jìn)行了研究。針對(duì)UWB-MIMO系統(tǒng)與其他窄帶通信系統(tǒng)之間的相互干擾問(wèn)題,采用在UWB-MIMO天線單元上蝕刻倒L形槽縫設(shè)計(jì)了一款具有WLAN頻段陷波功能的單陷波UWB-MIMO天線;采用在UWB-MIMO天線單元上蝕刻互補(bǔ)開(kāi)口諧振環(huán)(CSRR,Complementary Split Ring Resonator)結(jié)構(gòu)槽縫設(shè)計(jì)了一款具有C波段和WLAN頻段陷波功能的雙陷波UWB-MIMO天線。最后根據(jù)仿真結(jié)果加工了天線模型,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性和正確性。
【關(guān)鍵詞】：超寬帶 多入多出 單極子天線 分集 陷波
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN822
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 符號(hào)對(duì)照表15-16
• 縮略語(yǔ)對(duì)照表16-19
• 第一章 緒論19-35
• 1.1 UWB-MIMO天線的概念19-20
• 1.2 UWB技術(shù)與MIMO技術(shù)簡(jiǎn)介20-25
• 1.3 UWB-MIMO天線國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀25-32
• 1.4 選題背景和意義32-33
• 1.5 本文的主要工作和安排33-35
• 第二章 相關(guān)基礎(chǔ)理論35-49
• 2.1 天線性能參數(shù)35-39
• 2.2 雙端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)39-41
• 2.3 MIMO天線的相關(guān)系數(shù)41-42
• 2.4 UWB平面印刷單極子天線42-49
• 第三章 極化分集UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)49-65
• 3.1 引言49-50
• 3.2 天線設(shè)計(jì)指標(biāo)50
• 3.3 天線設(shè)計(jì)方案50
• 3.4 天線結(jié)構(gòu)50-52
• 3.5 天線參數(shù)仿真分析52-56
• 3.6 天線測(cè)試56-63
• 3.7 本章小結(jié)63-65
• 第四章 一種通用的方向圖分集UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)方法65-91
• 4.1 引言65
• 4.2 天線設(shè)計(jì)指標(biāo)65-66
• 4.3 天線設(shè)計(jì)方案66
• 4.4 天線設(shè)計(jì)步驟及機(jī)理分析66-74
• 4.5 天線參數(shù)仿真分析74-79
• 4.6 天線測(cè)試79-87
• 4.7 設(shè)計(jì)方法普適性驗(yàn)證87-90
• 4.8 本章小結(jié)90-91
• 第五章 陷波UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)91-115
• 5.1 引言91
• 5.2 單陷波UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)91-103
• 5.3 雙陷波UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)103-114
• 5.4 本章小結(jié)114-115
• 第六章 全文總結(jié)115-117
• 6.1 論文主要研究工作115-116
• 6.2 下一步需要研究的問(wèn)題116-117
• 參考文獻(xiàn)117-127
• 致謝127-129
• 作者簡(jiǎn)介129-131

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 黃丘林;MIMO無(wú)線通信技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

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本文編號(hào)：621681