一种用于mimo通信的宽带平面天线的设计

《一种用于mimo通信的宽带平面天线的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、一种用于MIMO通信的宽带平面天线的设计出(MIMO)技术的批量上市产品。目前，各国学者对于MIMO的理论、性能、算法和实现的各方面正广泛进行研究。在天线发送和接收端同时采用多天线阵，更能够充分利用多径传播，达到“变废为宝”的效果，提高系统容量。凭借在提高系统频谱利用率方面卓越的性能表现，多输入多输出(MIMO)技术已经成为移动通信技术发展进程中炙手可热的课题【5116J。本文设计的用于MIMO通信的微带线极化定向阵列天线利用缝隙耦合的形式做为馈电方式，实际说明了缝隙耦合馈电方式在展宽微带贴片天线带宽方面的优势。同时，相对于实际工程中对天线的技术指标的特殊要求，如高增益等，我们

2、设计了16元的阵列，通过实际的仿真和实物测试，使得在中心频率处阵列的增益接近20dB，在所要求的频带内，增益达到了18．8dB以上，且驻波均在1．5以下。1．3本文的主要内容安排论文主要内容共分五章：第一章：介绍微带天线的发展历程及应用。第二章：介绍微带天线的基本原理包括微带天线常用的几种分析方法，微带天线的馈电方法及展宽频带的方法。第三章：介绍微带阵列天线的理论。主要阐述了微带面阵列天线的辐射特性，包括面阵列方向图的分析、共面馈线的影响以及阵元之间的互耦。在馈电网络的部分，我们主要对馈电网络中常用的功分器原理进行了简单叙述，并介绍了常见的阵列馈电方法。第四章：着重介绍缝隙耦合

3、形式馈电的微带天线形式。利用传输线模型方法阐述了缝隙耦合馈电的原理；讨论了缝隙形状与耦合强度的关系；在此基础上设计并仿真了低副瓣、圆极化阵列天线，并且结合实际工程需要，设计并仿真了用于MIMO通信的缝隙耦合形式的微带定向线极化阵列天线，并且对16元缝隙耦合微带定向线极化阵列天线进行了实物加工和测试。最后对实测结果和仿真结果进行了分析和比对。第五章：对论文中所做工作进行了总结。第二章微带天线的基本理论2．1微带传输线的基本理论在介绍微带天线之前我们先介绍一下微带传输线，我们先从微波传输线说起。所谓的传输线是传播微波能量的，天线是用来辐射能量的。只要能传播微波能量，就能设计成专业的

4、天线来辐射能量。天线所辐射的能量就是来自于传输线，因此，将微波传输线的形状改变就能够设计成为天线。也正因为如此，每种传输线都对应于一系列的天线形式川。微带线由一条宽度为W的导体带和背面有导体接地板的介质基片构成(如图2．1所示)。导体带厚度为t，介质基片厚度为h，相对介电常数为￡，。h介质扳E图2．1微带传输线的结构示意图微带线是一种开放线路，因此它的电磁场可无限延伸。这样，微带线的场空间由两个不同介电常数的区域(空气和介质)构成。我们知道，只有填充均匀媒质的传输线才能传输单一的横向场，即TEM模。现在由于空气．介质分界面的存在，使得微带线中的传输模式是具有电场和磁场(包括纵向

5、分量)的混合模。不过在工作频率不太高时，介质基片的厚度远小于工作波长，能量大部分集中在介质中，并?接一种用于MIMO通信的宽带1P面天线的设计且泼区域的纵向场分量很小，因此沿微带线传播的主模和’fEM模的场分布很相近，故称之为准TEM模。而当频率较高时，微带宽度w和介质厚度h与波长可比拟时，微带线中出现波导横向谐振模，其最低模TE。。的截止波K为：x?=2(w+O4h)石式(2—1)上式中0．4h是计入边缘效应后等效宽度的延伸量。2．2微带天线的结构下面我们介绍一下微带天线的基本结构‘I。a)微带贴片天线(b)微带振子天线(c)微带行波天线(d)微带缝隙天线图2．2微带天线的典

6、型结构微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴导体薄片而形成的天线。它一般利用微带线或同轴线等馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。因此，微带天线也可看作是一种缝隙天线。其典型结构如图2．2所示。通常介质基片的厚度与波长相比是很小的，因而它实现了一维小型化，属于电小天线的一粪。另外，随着技术的进步，现在许多手机天线都是采用曲折线型的微带天线实现了手机天线的小型化。导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形或网环形薄片等；也可露㈣一馘『t∥∥＆一劢当一厘一墅第二章微带天线的基本理论以是窄长条形的薄片振子(偶极子)。由这两种单元形

7、成的微带天线分别称为微带贴片天线和条带振子天线，如图2．2(a)和图2．2(b)所示。微带天线的另一种形式是利用微带线的某种形变(如弯曲、直角弯头等)来形成辐射，称之为微带线型天线，如图2。2(c)所示，这种天线因为沿线传输行波，又称为微带行波天线。微带天线的第四种形式是利用开在接地板上的缝隙，由介质基片另一侧的微带线或其它馈线(如带状线)对其馈电，称之为微带缝隙天线，如图2．2(d)所示。由各种微带辐射单元可构成多种多样的阵列天线，如微带贴片阵天线，微带振子阵天线等等。2．3微带天线的分析