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基于新体制终端MIMO天线和高扫描率天线的研究

基于新体制终端MIMO天线和高扫描率天线的研究

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作者：段江波杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着移动技术的日益演进以及用户日益增长的功能需求,无线数据流量的爆炸性增长,使得5G移动通信技术正在进行迅速的研究与开发。为了满足对数据业务的巨大需求,毫米波(Millimeter-Wave,mm W)通信技术可以获得相比对传统通信技术更大的... 详细信息

随着移动技术的日益演进以及用户日益增长的功能需求,无线数据流量的爆炸性增长,使得5G移动通信技术正在进行迅速的研究与开发。为了满足对数据业务的巨大需求,毫米波(Millimeter-Wave,mm W)通信技术可以获得相比对传统通信技术更大的带宽容量,这使得毫米波技术成为5G时代的核心技术。但是相比于微波频段,毫米波通信系统的有效通信距离会受到更严重的信号衰减,这对毫米波的设备提出更高的要求。大规模多输入多输出(massive-MIMO)也是5G通信技术的核心之一,采用大量天线单元构成的阵列将最大程度地提高频谱和能量效率。MIMO技术的应用能够在固定的频谱资源中成倍的增加数据传输量。随之而来MIMO天线单元也面临着小型化,多频段,高隔离以及5G通信技术带来的诸多问题要求亟待解决。MIMO技术以及随之引入的去耦技术,同时在5G中毫米波应用带来的空间复用技术以满足精准指向性服务的追求都成为近来研究的热门课题。因此,本文在移动终端天线设计的基本原理上,着眼于高性能的MIMO天线系统,提出了两款适合于移动终端的MIMO天线系统并对其进行了详细的性能分析以及人体模型试验。同样针对天线的波束赋形及方向图扫描等问题进行了探索,提出了一款基于超材料结构的高扫描率漏波天线。首先,本文基于单极子天线的基本理论,结合现今移动终端中通用的金属边框手机天线设计思想,设计了一款基于l型金属边框的双频段宽带2×2 MIMO天线系统。覆盖频段1.6～3.6GHz和4.2～6.1GHz,并且端口之间没有采用任何去耦结构仍能在工作频带内获得-12 d B的隔离度。详细地解释分析了由于l型金属边带的引入,对天线的小型化设计,宽带谐振以及去耦效果显著提升的机理,并对天线单元进行了细致的人体模型研究。其次,结合现今可穿戴设备的广泛应用,提出一款基于地板辐射模式的双频段MIMO天线系统。通过对地板辐射原理的详细分析,阐述了天线单元的工作原理,进一步将天线小型化同时优化谐振频段至Wi-Fi和5G低频频段。为可穿戴设备以及移动终端的MIMO系统提供了多样化的天线搭配设计。最后,重点研究了可实现高扫描率的漏波天线。通过对高扫描率漏波天线的研究现状以及漏波天线工作原理的详细分析,设计一款基于亚波长金属谐振单元的SIW结构的漏波天线。利用金属谐振单元的左手特性实现漏波天线的后向波束扫描,天线工作频带为7.13～7.33GHz,方向图波束在200 MHz的带宽内可以实现近70°的角度扫描。并对其进一步优化设计,激励漏波天线的基模产生正向辐射,实现后向到前向的连续波束扫描功能。

关键词： MIMO技术 l型金属边框地板辐射模式金属谐振器高扫描率漏波天线

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