MIMO介质谐振器天线的设计及去耦研究.pdf
摘要
随着无线通信技术的快速发展,要求在有限的频谱内实现较高的数据传输速率和链
路可靠性。为了满足这些需求,多输入多输出(MIMO)技术被提出,并被应用于目前
多个无线标准中。该技术在发射端和接收端采用多根天线,以提高链路可靠性、数据传
输速率以及信道容量,并且不需要额外的功率和频谱。另外,介质谐振器天线(DRA)
由于具有高增益、高辐射效率以及无导体损耗等显著特点,在MIMO系统中的使用率也
逐渐上升。并且介质谐振器天线的多模特性可以产生多个天线端口,以减少对多个天线
阵列元件的需求,类似于MIMO天线系统中的发射或接收分支,从而实现小型化。然
而,在移动终端小型化的趋势下,多天线的紧密排列势必会产生互耦现象,影响天线的
性能指标。因此,目前MIMO天线设计的主要挑战在于针对紧凑型天线之间的互耦现象
进行解耦。本文的主要工作如下:
(1)设计了一种三端口紧凑型MIMO介质谐振器天线。通过采用两种不同的馈电机
制正交放置于介质谐振器周围,从而激发天线的正交模式,然后在两个端口之间引入中
和线,进一步调整其中的阻抗匹配。基于上述双重解耦技术,在5.36-5.74GHz的频带
内,所有端口间的隔离度均高于15dB。最后通过对天线设计中重要参数的分析,如中
和线和耦合缝隙,验证了解耦机制的有效性。
(2)设计了一种四端口紧凑型MIMO介质谐振器天线。通过在公共接地层上引入合
适的U型槽,有效调整了端口之间的耦合场和阻抗匹配。为了进一步揭示该去耦方法的
工作原理,提出了一种基于MIMO介质谐振器天线端口之间的共模(CM)和差模(DM)
阻抗分析方法。研究表明引入的U型槽可以将CM和DM阻抗调谐一致,以实现端口
之间的去耦。
(3)在设计四端口天线的基础上,提出了一种具有双频带的MIMO介质谐振器天线。
通过在接地层上引入合适的矩形缝隙,使得所有端口之间的隔离度均优于12dB。此外,
3
对所提出的天线进行了实际制作和测试。结果表明,该天线尺寸为30×30×8.1mm,既
可以用作工作带宽为300MHz的四端口MIMO天线,也可以用作中心频率分别为5.2
GHz和5.6GHz的双谐振天线,其工作带宽分别为500MHz和700MHz。
关键词:MIMO天线,介质谐振器天线,去耦,小型化,隔离度
ABSTRACT
Alongwiththerapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnology,thereisahigherdemand
fordatatransmissionrateandlinkreliabilityinalimitedspectrum.Inordertosatisfytheserequirements,
Multiple-inputmultiple-output(MIMO)technologyhasbeenproposedandappliedtomanycurrentwireless
standards.Thistechnologyusesmultipleantennasatthetransmitterandreceivertoimprovelinkreliability,
datarateandchannelcapacity,anddoesnotrequireadditionalpowerandspectrum.Inaddition,theuseofa
dielectricresonatorantenna(DRA)inaMIMOsystemisincreasingbecauseofitshighgain,highradiation
efficiencyandnoconductorloss.Moreover,themultimodalityofthedielectricr