一款利用改进型中和线方法去耦的MIMO手机天线

作者:缅甸小勐拉 , 分类:www.6668861.com娱乐 , 浏览:7 , 评论:0 请在这里放置你的在线分享代码

  随着通信技术的迅猛发展,用户对移动通信系统的性能、频谱的利用率提出了更高的要求,且不断追寻移动设备的小型化与便携性多入多出(Mul

  近年来,国内外大量专家学者对MIMO天线进行了研究,主要的研究方向是MIMO天线单元间的去耦。引入地板缝隙是去耦方法中最简单、最有效的,且容易加工制作,其去耦原理主要是通过减小天线单元之间的传播信号波长来减小单元之间的相关性[2-3]。文献[4]提出一种U型宽带MIMO天线,采用引入地板缝隙的方法,在2.4 GHz~6.35 GHz工作频带内的MIMO天线]中提出的超宽带带阻MIMO天线引入了T型枝节结构,该结构耦合到天线耦合到天线的电流相位相反,相互抵消,减弱了天线]。同样,在MIMO天线]进行去耦与加载T型地板枝节的去耦原理相似。

  提出的天线采用了引入寄生单元的方法进行去耦,工作频段覆盖了2.4 GHz~2.5 GHz和5.15 GHz~5.825 GHz两个频段,且具有良好的隔离度。文献[10]提出了一种基于槽天线的小型化超宽带MIMO天线,采用在地板上开槽和方向图分集的方法,天线 ghz频段内s12-25 db,实现了天线的高隔离度。中和线年提出的一种解耦技术,通过引入一条电流路径以抵消在相邻单元上的表面波耦合,实现mimo天线]提出的超宽带mimo天线通过引进宽带中和线,降低了天线单元耦合,设计出的mimo天线 ghz处隔离度达到-22 db。中和线的长度、变形对天线的隔离度也有较大的影响。

  提出的天线采用了两根不同长度的中和线,通过联合解耦的方式,在反射系数-6 dB的标准带宽下,实现了多个不同宽频带范围内的解耦。文献[13]设计的中和线采用多重折叠结构,介质基板底部中和线次,实现了天线的解耦。但是,上述提出的两种中和线的物理总长度都比较长,且文献[13]中的解耦结构比价复杂,这在一定程度上增加了天线设计的复杂度以及实物加工的成本。本文通过在地板上放置两个天线单元结构,单元之间用金属中和线进行连接,并在中和线上加载集总电感元件,对其进行了改进,同时利用在地板上加载T型地板枝节,实现了MIMO天线的去耦。最后,在仿真优化的基础上,对天线进行了实物的加工和测试,实物测试结果与仿线 天线设计

  本文提出并设计了一款具有较高隔离度的MIMO手机天线,其主要采用耦合馈电技术和带阻匹配电路加载技术来实现,满足S11<-6 dB,S21<-10 dB,工作频段为824 MHz~960 MHz和2 300 MHz~2 600 MHz。

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  <1.1 天线结构设计

  所提出的MIMO天线所示,由两个中心对称的天线单元构成,中间通过U型中和线进行连接,每个天线 mm,天线 mm。

  耦合馈电部分由短路线和集总元件组成,天线(d)的馈电线 MHz)由图2(b)中的带阻电路和耦合馈电线共同作用产生。用于连接两个天线单元的U型金属线 mm,该长度远远小于低频谐振点的长度,微带金属线加入的目的是实现在低频段去耦。天线的背面加入了T型地板枝节,如图2(c)所示,该结构主要是用于降低两个天线单元在高频段的耦合度。由于手机设备对天线尺寸要求的限制,为了能够覆盖GSM850/900 MHz的工作频带,该天线在馈电端口额外增加了一个带阻匹配网络,结构如图2(b)所示,带阻匹配电路的加入改善了天线 天线的去耦

  所设计的MIMO天线要求天线单元之间的耦合较小,因此采用U型中和线的方式进行去耦。利用中和线去耦的方法能够在保持原有天线尺寸的基础上,有效地减小低频处的耦合。但是,在天线单元之间放置中和线时,其位置是难以确定的,这也是MIMO天线设计的难点。本文所设计的天线采用的是U型中和线 mm,并对其进行了改进,在中和线 nH的集总电感,用于提高天线单元间的隔离度,也缩短了中和线 仿线 MIMO天线隔离效果分析

  隔离度是衡量MIMO天线性能的重要指标之一。该天线采用了T型地板枝节和中和线去耦的方法来提高天线单元间的隔离度。T型地板枝节的作用主要是降低天线在高频段的隔离度,该结构能够使天线单元之间产生两个相位相反的电流,相互抵消,从而提高天线的隔离度。中和线的加入主要是用于降低天线在低频段的耦合。这里主要考察在改进型U型中和线对天线隔离度的影响。

  参考天线的S参数在高频处只有一个谐振点,且频带的范围相对较窄,隔离度在-7 dB左右。参考天线的S参数频带向左平移了一段距离,但整体对低频段的影响不大,天线的隔离度仍达不到理想情况。设计的MIMO天线在低频段和高频段内的隔离度都能达到-10 dB以上,隔离效果与两个参考天线相比,都有所提高,且天线 MHz两个频段。

  天线结构上的电流分布能很好地体现中和线的去耦效果。天线 MHz时,电流分布情况如图5所示。

  天线辐射方向图也是衡量天线性能的重要指标之一,本文对设计的MIMO天线为该天线在xoz面和yoz面的方向图,竖轴代表该天线在不同方向上的增益。

  从图6中可以看出,在850 MHz的工作频率时,该天线在xoz平面的辐射方向图呈现∞型,与单极子天线的辐射方向图近似。当天线 MHz时,天线的辐射模式呈现多样性。在方向图中,Eθ和Eφ的大小基本相同,所设计的天线具有良好的稳定性。

  本文在应用电磁仿真软件HFSS设计和仿真MIMO天线的基础上,对天线所示为天线的加工实物图。

  对该MIMO天线的加工实物用矢量网络分析仪进行测试,测试结果如图8所示。从实际测试结果和仿真结果来看,S参数在天线所需要覆盖的频段范围内走向基本一致,在低频824 MHz~960 MHz和高频2 300 MHz~2 600 MHz内分别满足S11<-6 dB,S21<-10 dB。但是,在其他频段内,实际测量结果与仿真结果有一定的差距。误差产生的主要原因是天线结构中的带阻匹配电路、中和线的电容和电感在焊接的过程中容易引起误差。其次,电容电感的大小本身也存在一定误差,且同轴线在加工过程中会有所损耗。同时,在电容和电感的焊接过程中,焊锡的多少也会造成误差的产生。

  本文提出并设计了一款利用改进型中和线方法去耦的MIMO手机天线。在MIMO天线的去耦方面,该天线通过在两个天线单元之间加入中和线,并在中和线上加载集总电感元件进行改进,成功实现了天线的去耦,并使天线得到小型化。同时,所设计的天线拥有突出的地平面,可以在上面安装其他元器件,节约手机主板的空间,使实体天线的结构更为紧凑。天线实物测试的结果进一步证明该天线具有良好的工作性能,基本符合了手机天线的设计要求。

 
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