MIMO系统终端天线研究与设计

论文摘要

近年来,随着通信技术的飞速发展,无线通信日益走向宽频带高速率多媒体的应用,频谱资源严重不足的问题日益严重,在这种情况下,MIMO多天线技术应运而生,成为当前的研究热点之一,MIMO系统终端天线的设计问题,正是该技术的关键问题。其中的微带天线以其体积小、重量轻、低剖面等各种优点得到了广泛的应用。在微带天线的研究与设计中,其自身的缺点也限制了它的实际应用,例如低增益、带宽窄等问题。这就致使其方向主要集中在宽频带、多频段及多极化技术等方面。本论文基于高频仿真软件HFSS对微带天线进行仿真优化,设计了宽频、双频以及圆极化微带天线。同时用MATLAB将圆极化天线对于MIMO系统容量的改进进行了仿真。具体包括以下几个方面：(1)综合使用共面波导馈电和曲流法,设计了N形贴片天线。该天线在谐振频率不变的情况下,带宽得到有效提高；采用缝隙加载方法,设计了“弓”形贴片天线,实现了双频段性能。同时制作了这两种天线的实物,并在实验室环境下用网络分析仪进行测量,将HFSS软件仿真结果与实际测量结果进行比较。(2)采用切角法和正交馈电法,分别设计了E形切角和“日”形微带天线,这两种天线能够在实现圆极化工作的情况下,同时实现双频特性。根据设计制作了天线实物进行测量,将仿真结果与实测结果进仃比较。(3)研究了圆极化微带天线在提高MIMO系统信道容量方面的应用,通过仿真、对比,验证了圆极化微带天线能有效地提高信道容量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 MIMO系统简介
• 1.3 MIMO天线的研究现状和进展
• 1.4 论文结构及内容安排
• 第二章 微带天线基本理论及分析方法
• 2.1 微带天线的基本理论
• 2.1.1 微带天线的定义
• 2.1.2 微带天线的辐射机理
• 2.1.3 微带天线的优缺点
• 2.1.4 微带天线的研究现状与发展趋势
• 2.2 微带天线的馈电方法
• 2.2.1 微带线或共面波导馈电
• 2.2.2 同轴线馈电
• 2.2.3 电磁耦合型馈电
• 2.3 微带天线的分析方法
• 2.3.1 传输线方法
• 2.3.2 腔膜理论
• 2.3.3 全波分析法
• 2.4 微带天线的基本参数
• 2.5 本章小结
• 第三章 微带天线的设计与制作
• 3.1 微带天线宽频带分析
• 3.2 微带天线的小型化技术
• 3.2.1 增加介电常数法
• 3.2.2 加载法
• 3.2.3 曲流法
• 3.3 微带天线的多频技术
• 3.4 微带天线的设计步骤
• 3.4.1 天线介质基板的选择
• 3.4.2 天线尺寸的确定
• 3.5 微带天线的设计与制作
• 3.5.1 宽频微带天线的设计与制作
• 3.5.2 双频微带天线的设计与制作
• 3.6 本章小结
• 第四章 圆极化微带天线的设计与制作
• 4.1 圆极化微带天线的概述
• 4.1.1 微带天线的极化
• 4.1.2 圆极化微带天线的实用意义
• 4.1.3 圆极化微带天线的发展趋势
• 4.2 圆极化微带天线的实现原理
• 4.2.1 单点馈电圆极化微带天线
• 4.2.2 圆极化曲线微带天线
• 4.2.3 圆极化微带天线阵
• 4.3 双频圆极化微带天线的设计与制作
• 4.3.1 切角法应用设计与制作
• 4.3.2 正交馈电法应用设计与制作
• 4.4 本章小结
• 第五章 圆极化微带天线对MIMO系统信道容量的改进
• 5.1 MIMO信道模型及主要特性
• 5.1.1 非频率选择性信道模型
• 5.1.2 频率选择性信道模型
• 5.1.3 相关信道模型
• 5.1.4 MIMO信道的主要特性
• 5.2 MIMO信道容量
• 5.2.1 平均功率分配的MIMO信道容量
• 5.2.2 天线相关性对信道容量的影响
• 5.3 圆极化天线对信道容量的改进
• 5.3.1 圆极化天线的接收功率谱函数
• 5.3.2 对信道容量的改进结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表和录用的学术论文