基于超材料的高隔离度MIMO天线设计

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1、基于超材料的高隔离度MIMO天线设计赵加贝卜婷婷洪劲松(电子科技大学物理电子学院，成都610054)zjb19880421@126.com摘要：本文提出了一种基于超材料的高隔离度的MIMO天线，在两个微带贴片天线阵元之间放置一种用于增强MIMO天线隔离度的矩形开口谐振环，在地板上蚀刻两个L型槽用于增强天线的阻抗带宽。该方法将天线阵元之间的隔离度从15.3dB提高到24.6dB，本文天线工作在5.8GHz，在工作频段内，天线单元反射系数均小于-10dB，实验测量结果与理论仿真结果吻合良好。关键词：超材料，MIMO天线，隔离度DesignofMIMOAntennaWithHigh

2、IsolationBasedonMetamaterialZHAOjiabei,BUtingting,HONGjingsong(SchoolofPhysicalElectronics,UniversityofElectronicsandTechnologyofChina,Chengdu610054)Abstract:Inthispaper,aMIMOantennawithhighisolationbasedonmetamaterialispresented.Toincreaseisolation,arectangularSplitRingresonatorisplacedint

3、hespacebetweentheantennaelements.Toincreaseimpedancebandwidth,twoopenL-shapedslotsareetchedtothegroundplane.Morethan24.6dBisolationisachievedbythismeans.Theproposedantennaworksat5.8GHz.Intheworkingband,thereflectioncoefficientoftheproposedantennaisbelow-10dB.Themeasuredresultsagreewellwitht

4、hesimulatedresults.Keywords:Metamaterials;MIMOantenna;Isolation由于受限于整机的尺寸，往往无法提供足够大的间1引言[1]距来减弱天线之间的耦合。因此，如何在有限的空间内放置尽可能多的具有较高隔离度的MIMO阵MIMO（Multiple-InputMultiple-Output）技术列天线成为迫切需要解决的问题。是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技当前，减弱微带天线阵元间耦合的主要方法术，它采用的是分立式多天线，能够有效的将通信有：在微带天线的阵元之间添加电磁带隙(EBG)结链路分解成为许多并行的子信道，从而大

5、大提高通[2,3][4,5]构，在地板上引入缺陷地(DGS)结构等方法。信容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大2超材料介绍的容量。因此，在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提超材料是指具有天然材料所不具备的超常物理高传输质量的空间分集技术。在无线频谱资源相对性质的人工复合结构或复合材料，能实现负折射和匮乏的今天，MIMO系统已经体现出其优越性。完美透镜等奇异电磁特性，根据有效媒质理论，超采用阵列形式的MIMO天线，由于天线单元相材料的电磁特性可以

6、用有效介电常数和有效磁导率距很近，所以会产生较强的耦合，耦合电流会直接来表示。通过设计超材料的单元结构，使其对电场影响天线的辐射特性。在小尺寸移动通讯设备中，和磁场产生相应的谐振，从而可以方便地调控其有·1777·()1−R2eink0d效介电常数和有效磁导率。根据这个原理，在微波ik0d01S=Te=（2）211−R2ei2nk0d段设计出了有效介电常数和有效磁导率单个为负或01者同时为负的人工超材料。其中S11表示反射系数，T表示传输系数，近年来，人工超材料逐渐应用于天线上。人工R01=z−1z+1，k0表示自由空间的入射波波数，超材料谐振的本性，通过对其结构进行设计，可

7、以由以上公式能得到阻抗z和折射率n的大小，再由调节其谐振频率附近的金属欧姆损耗以及介电损磁导率μ=nz得到磁导率的大小。超材料单元结构耗，实现对入射电磁波的吸收。通过使吸波超材料磁导率仿真曲线如图2所示。从图2中可以看出，的吸波频段与微带天线的工作频段重叠来改善天线在5.8GHz频段内，磁导率为负数，证明设计的单性能。元结构具有超材料特性，并能工作于5.8GHz。本文提出的矩形开口谐振环SRR（SplitRingResonator）利用超材料具有对入射电磁波吸收的特性，通过调整SRR单元结构的几何尺寸，