多频段高隔离天线的研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouj1790
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中国在2020年实现了 5G的大规模商用,这将给用户带来更多的便利。为了满足5G系统的需求,多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)天线系统被广泛应用。然而,由于通信标准的逐渐增多,天线单元需要尽可能的覆盖不同的通信标准频段,并且移动终端空间通常是有限的。因此,如何实现近距多频段天线的高隔离性能成为了一个关键,本论文针对此问题进行了研究,主要创新研究内容如下:1、研究了基于5G移动通信频段的多频天线。为了使得所设计的多频天线结构简单、方便调节,选择了多频方法较简单的加载多枝节法。双频段天线单元采用圆形辐射贴片和U形天线枝节来分别激励3.5 GHz和4.85 GHz处的谐振频段。通过改变圆形辐射贴片半径的大小与U形天线枝节的竖向枝节长度,来分别调节两个谐振频段的偏移,使得两个谐振频段之间的调节相互独立。最终,所设计天线的两个谐振频段分别为:3.35-3.61 GHz和4.78-5.02 GHz。随后,为了能够覆盖5G移动通信在2.6 GHz处的谐振频段,选择在双频段单极子天线背面加载寄生单元,该方法不会额外增加天线单元的体积。优化后的三频段单极子天线尺寸为:29 mm*30 mm*1.524 mm,其谐振频段完全覆盖了 5G移动通信频段(Sub-6 GHz)。2、研究了一种5G双频带高隔离双端口共地单极子天线。首先,通过加载缺陷地结构(Defected ground structure,DGS)和地板枝节来降低了低谐振频带内的耦合干扰。随后在两个双频单极子天线单元中间加载了一个T形寄生单元,有效地抑制了电磁干扰耦合在高频段的影响。所设计天线的两个谐振频段为:3.409-3.601 GHz和4.76-5.04 GHz。去耦合后,该天线在3.5 GHz和4.85 GHz处的隔离度分别为-29dB和-41.4dB。最后,本论文通过仿真的表面电流分布很好的验证了去耦合结构工作机制的可行性。去耦合前后相比,天线间距缩小了38.7%,所提议天线在3.5 GHz和4.85 GHz处的隔离度分别提高了15.5 dB和31.4 dB。双频段内的包络相关系数(Envelope correlation coefficient,ECC)不高于0.005,符合MIMO终端系统的要求。并且所设计的去耦合结构简单、便于集成和加工。3、研究了一种平面多端口多频带共地小间距高隔离MIMO天线。由于地板表面波的电磁干扰,缺陷地结构被用来延长接地板的表面电流路径,减少两个天线单元端口之间的相互耦合。随后,将两个地板枝节作为反射板加载在接地平面上,抑制和反射两个寄生单元之间的耦合。为了抑制空间辐射电磁波的干扰,在两个单极子天线单元的微带线上加载了一种新型的非连接中和结构。该新型结构的不同部分可以在不同的频率下产生谐振,来获得很好的隔离和阻抗匹配。与传统的中和线相比,新型非连接中和线结构解决了中和线窄带解耦的缺点,具有实际的应用意义。最后,该高隔离MIMO天线实现了:2.5-2.7 GHz、3.26-3.83 GHz和4.73-4.97 GHz(S11&S22<-10 dB,S12&S21<-25 dB)。结果表明,所提出的三频段MIMO天线可以覆盖整个5G频段(Sub-6 GHz),具有很好的隔离特性,能够更好地满足5G应用的需求。
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