mimo通信系统全向天线的分析-电磁场与微波技术专业毕业论文

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1、第一章绪论本章首先介绍了MIMO通信系统的引入和MIMO天线的发展趋势，介绍了几种MIMO天线形式以及MIMO无线通信的发展前景，接着介绍了论文的研究内容以及作者的主要工作。1.1研究背景与意义无线通信是当今世界最活跃的科研领域之一。它突破了有线通信的物理限制，使得用户可以自由的在任何无线电波能够达到的地方进行通信，这大大拓宽了通信的空间和活力。时至今日，第三代移动通信标准已经定型，3G网络也已经被商家应用。但是由于3G采用的还是传统的无线通信技术，能够提供的数据传输率还是偏低，运营商无法给出“杀手”业务来吸引用户，3G在全世界

2、的大规模商业应用举步维艰。此吋，一种新的不需要损失频带和发射功率资源就能提供前所未有的数据传输速率的技术进入了人们的视野，那就是MIMO（Multiple-InputMultiple-Output,多输入多输出）无线通信技术。传统的无线通信系统是采用一个发射天线和接收天线的通信系统，即所谓的单输入单输出（SISO）天线系统，SISO天线系统在信道容量上具有缺陷，香农容量限制。这一点在当前无线通信市场中形势尤为严峻。可以实现提高通信容量的方法有很多种，如设置更多的基站、拓宽带宽等。通过在接收端使用多元阵列天线来获得接收分集，其发射

3、天线采用一个阵元，这就是SIMO系统。把接收分集处理技术平移到发射端，发射天线采用阵列结构而接收天线采用单天线结构，这就是等价的MISO系统⑴。SIMO和MISO技术的进一步发展就自然产生了收发两端同时采用阵列天线的系统一一MIMO系统。目前MIMO技术已经被视作第四代移动通信技术的重要组成部分而受到通信界的强烈关注〔役天线是辐射和接收电磁波的部件，是通信系统中必不可少的重要组成部分，当然也是MIMO无线系统的组成部分，其性能直接影响MIMO系统的性能。多天线发射的信号在无线信道中经散射传播而混合在一起，经接收端多天线接收后，系

4、统通过空时处理算法分离并恢复出发射数据，其性能取决于各天线单元接收信号的独立程度，而多天线间的相关性与散射传播及天线特性密切相关。因此，MIMO无线系统的高性能除了依赖于多径传播的丰富程度外，还依赖于多天线的合理设计。对于MIMO无线系统的多天线，一方面，其天线单元间距较大，必须具有分集功能，不同于常规智能天线；另一方面，各天线单元应该尽可能接收各方向的散射来波，因此也不同于常规分集天线。天线单元数目、天线单元间距与天线放置位置等都是至关重要的因素。MIMO天线的设计是围绕天线的分集展开，包括空间、极化和角度。除了常规的线天线、

5、微带天线、平面印刷天线外，近年来还出现了很多新的设计，R.G.Vaughan等人提出了一种开关寄生天线(SwitchedParasiticAntenna,SPA)卩」，这种天线具有一个激励单元和多个寄生单元，激励单元与收发信号设备相连，寄生单元带有多个开关，通过开关的通断改变寄生单元与激励单元的相对关系，形成不同的方向图，改变开关的状态，则波束可以指向其他方向，实现密度分集。F.Deminerle和W.Wiesbeck提出了一种多模式双锥多波束天线⑷，在传统的天线理论中，双锥天线一般是作为宽带天线使用的，工作吋的主模为TEM模，

6、在方向面内为全向辐射，但如果增大同轴馈线的半径，便可以激励TE,TM等高次模,这些模式产生的辐射是有方向性的，通过改变馈电的位置使不同的高次模叠加,从而控制波束的指向。J.B.Andersen和B.N.Getu提出了一种结合空间分集与极化分集的天线形式一一立方布局天线⑸，它把12个电偶极子分别平行于立方体各棱边放置，除了利用三维的极化分集外，同极化的电偶极子还可以实现空间分集,这种将两种分集方式结合起来的设计思路值得借鉴。在MIMO无线系统中，全向天线发挥着极其重要的作用。水平全向天线是指一种在水平面360°均匀辐射的天线，即在

7、平行于地而的水平平而内有均匀辐射的天线。它在点对多点通讯、广播电视、数据传输、组建无线扩频网等领域得到了广泛的应用。同样，随着电子技术的迅猛发展，通讯和广播系统在功能、质量、和容量上不断地升级，所以水平全向天线的性能指标要求也越来越高了；同时，天线系统通常作用在复杂的移动传播环境下，电波在空中传播时经受到多方面的衰落，信道也受到环境因素的影响。因此，采取高增益全向天线、分集天线技术手段和方法来改善通信质量成为必须。在个人通信中，全向天线已经广泛应用于基地台、车载台、终端等场合的通信中。在军事上，雷达信标、敌我识别等领域中，水平全

8、向天线也有广泛的应用。与机械扫描天线和相控阵天线相比，全向天线有其突出的优点：结构相对简单，制造成本低廉，同时，天线的高增益和全向性是一个矛盾的要求，所以研究高增益的全向天线，有着重要的现实意义。口前，从国际国内的无线通信研究趋势的发展屮可以看出，在无线通信传输