MIMO移動通信系統(tǒng)中的終端多天線設(shè)計.pdf

1、盡管第三代移動通信技術(shù)正方興未艾，新一代移動通信技術(shù)已初露端倪。其高質(zhì)量、高速率的移動多媒體傳輸目標(biāo)令人神往。然而，實現(xiàn)這一目標(biāo)并非易事，傳統(tǒng)單天線收發(fā)通信系統(tǒng)顯得極其蒼白無力。即使采用常規(guī)發(fā)射分集、接收分集以及智能天線技術(shù)，同樣也不足以滿足新一代無線通信系統(tǒng)對大容量與高可靠性的需求?？尚业氖?，多入多出(MIMO)無線通信技術(shù)為解決該問題提供了全新的途徑，它在無線鏈路收發(fā)兩端均采用多天線，充分開發(fā)空間資源，在無需增加頻譜資源和發(fā)射功率的

2、情況下，成倍地提升了通信系統(tǒng)的容量與可靠性。當(dāng)然，機(jī)遇與挑戰(zhàn)總是并存的，與常規(guī)單天線收發(fā)通信系統(tǒng)相比，MIMO通信系統(tǒng)中多天線的應(yīng)用面臨著大量亟待研究的問題。 優(yōu)異的多天線性能是MIMO系統(tǒng)實現(xiàn)其各種優(yōu)勢的根本保障，本文以863項目“新型天線與分集技術(shù)研究”為契機(jī)，圍繞移動終端多天線設(shè)計這一主題展開了系統(tǒng)的研究。本文在介紹了MIMO系統(tǒng)移動終端天線基本理論的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了MIMO系統(tǒng)移動終端天線的設(shè)計方法，提出了適合于MIM

3、O移動終端的三種可穿戴式天線及三種內(nèi)置微帶貼片天線；并通過天線各參數(shù)的測量以及MIMO系統(tǒng)試驗平臺的外場測試對所設(shè)計天線進(jìn)行了驗證。 首先，本文簡要回顧了研究的相關(guān)背景，通過對現(xiàn)代移動通信的發(fā)展及其所面臨的挑戰(zhàn)和急需解決的問題的總結(jié)，了解了MIMO通信技術(shù)引入的必然性；在此基礎(chǔ)上，對MIMO移動通信技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，包括傳統(tǒng)的SISO系統(tǒng)以及智能天線系統(tǒng)向MIMO系統(tǒng)的演進(jìn)，MIMO移動通信技術(shù)基本原理，MIMO系統(tǒng)的主要研

4、究內(nèi)容和國內(nèi)外研究動態(tài)。 其次，結(jié)合MIMO系統(tǒng)終端多天線設(shè)計要求，概括了現(xiàn)有MIMO系統(tǒng)終端天線的主要形式及特點，闡述了決定多天線布局的天線分集形式，給出了分集性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)；并在此基礎(chǔ)上，提出了適合于本MIMO試驗平臺的移動終端多天線設(shè)計思想與技術(shù)途徑，即通過采用分集技術(shù)、改善單元天線方向圖、實現(xiàn)天線的小型化與雙極化使所設(shè)計多天線滿足MIMO系統(tǒng)的需求，在具體實施方案上，明確了外置可穿戴式天線與內(nèi)置微帶貼片天線兩種方案。

5、 接著，本文介紹了微帶天線設(shè)計及在移動終端多天線系統(tǒng)中的應(yīng)用，概述了微帶天線的分類、優(yōu)缺點、分析方法及饋電方式，給出了MIMO移動終端微帶天線小型化、雙極化的具體方案。 然后，本文重點介紹針對不同的適用情況，所設(shè)計的移動終端外置可穿戴式天線與內(nèi)置微帶貼片天線。其主要包括腰帶式可穿戴天線、腰包式可穿戴天線、電抗加載的雙極化微帶貼片天線、采用高介電常數(shù)磁性材料作為介質(zhì)基片的的垂直、水平極化與±45°雙極化微帶貼片天線。通過對天線

6、各參數(shù)測量的結(jié)果分析表明，可穿戴式天線提升了分集單元數(shù)目，豐富了分集形式，降低了天線的人體吸收率(SAR)；內(nèi)置微帶貼片天線雖然占據(jù)著極小的空間，卻利用雙極化技術(shù)獲取了極化分集增益；各種天線均較好的滿足了MIMO系統(tǒng)對終端天線的要求。 最后，為驗證所設(shè)計移動終端多天線的性能，我們將其用于MIMO系統(tǒng)試驗平臺，進(jìn)行了一系列的實驗，并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和討論。從實驗結(jié)果可以看出，所設(shè)計多天線可以獲得良好的分集效果，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計