天线间的同频与异频去耦技术研究

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1、硕士学位论文天线间的同频与异频去耦技术研究作者姓名薛成戴学科专业通信与信息系统指导教师章秀银教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月10日InvestigationofAntennaIn-bandandOut-of-bandDecouplingTechniquesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChengDaiXueSupervisor：Prof.XiuYinZhangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN82

2、学校代号：10561学号：201520109161华南理工大学硕士学位论文天线间的同频与异频去耦技术研究作者姓名：薛成戴指导教师姓名、职称：章秀银教授申请学位级别：学术硕士工程领域名称：通信与信息系统论文形式：□产品研发□工程设计应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：射频电路与天线论文提交日期：2018年4月10日论文答辩日期：2018年6月6日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：胡斌杰教授委员：章秀银教授，黄惠芬教授，潘咏梅教授，宋海娜高级工程师I摘要多频段多天线已经成为移动通信天线发展的一个重要趋势。但是，小间距的天

3、线单元间会存在互耦问题。根据工作频率的不同，天线互耦可以分为同频和异频耦合。同频互耦问题常见于多天线单元的MIMO系统中。天线单元间的耦合会提高天线方向图相关度进而造成通信容量下降。而异频互耦问题则广泛存在于多频基站天线中。多个小间距多频天线共口面时，较强的异频耦合会造成天线方向图畸变。因此，如何在近距离下解决天线间的同频和异频耦合问题是一个具有广阔应用前景研究和挑战性的课题。本文针对天线的同频和异频去耦进行了深入研究，其具体内容分为以下两部分：1.基于磁电耦合的高隔离MIMO天线。本文提出了一种利用混合磁电耦合来提高天线隔离度的新型去耦结构。它由一个开口环结

4、构组成，包含了一个电感线和电容间隙来分别实现磁场和电场耦合。通过在电场耦合的基础上叠加磁场耦合，可以增加调控的自由度，从而在宽频带范围内抵消掉原来天线间的耦合。去耦的同时还保持了原有天线单元的性能，包括阻抗带宽和辐射特性。本文进一步对该去耦结构进行了理论分析和实验验证。当去耦结构被放置在边缘间距仅仅为5mm（在2.5GHz下为0.04个波长）的两个单极子天线之间时，该天线能在2.3-2.8GHz范围内实现了超过30dB的隔离度。此外，灵活地操控天线间的磁电耦合，还能控制隔离带宽和幅度，以适应不同的应用场景。为验证这一点，本文额外设计了一款0.01个波长间距的M

5、IMO天线。测试结果表明，其实现了50dB的隔离度。2.双频双极化宽带共口面基站天线。该共口面基站天线由四个高频振子近距离围绕一个低频振子组成。由于最高频与最低频之间有超过两倍的频率差距，故高低频天线尺寸差距比较大。首先，分析尺寸比较大的低频振子臂对高频振子的遮挡问题，从而设计出对高频振子影响较小的低频振子单元。进一步，通过完成低频振子的高频谐波抑制，高频段的异频耦合度可以被降低。针对高频单元设计，也先深入研究了高频振子的低频共模谐波对低频方向图增益的影响。因此，设计出了带低频共模抑制的高频振子，解决低频振子增益下降问题。此外，还完成了高频振子的低频端口谐波抑

6、制，降低高频振子对低频振子的端口耦合。经过优化调整，将设计的高低频振子组合，进行加工测试。结果表明，高低频振子间具有较低的耦合度，能在各自工作频段维持稳定的方向图性能。关键词：同频和异频耦合，MIMO天线，高隔离，共口面基站天线，谐波抑制IIABSTRACTMultiplebandsandmultipleantennaelementshavebeenoneoftheimportanttrendsofthedevelopmentofmobilecommunicationssystem.However,whenmultipleantennasareplacedcl

7、osely,itexistsstrongmutualcouplingbetweenantennaelements.Accordingtothedifferentoperatingfrequencies,theantennamutualcouplingcanbedividedintoin-bandandout-of-bandcoupling.Thein-bandmutualcouplingisverycommoninaMIMO(Multiple-InputMultiple-Output)system,whichusesmultipleantennaelement

8、s.Whenantennaelemen