一款利用改进型中和线方法去耦的MIMO手机天线.doc
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1、一款利用改进型中和线方法去耦的MIMO手机天线摘要:提出了一款适用于移动终端的多入多出(MIMO)手机天线。该MIMO天线由两个中心对称的天线单元构成,采用耦合馈电方式,拓展了天线带宽,保证了天线的小型化。通过地板中间引入T型枝节,天线单元之间用中和线进行连接,达到提高天线单元间隔离度的目的。仿真结果表明,该天线能够覆盖824 MHz960 MHz和2 300 MHz2 600 MHz两个重要工作频段,中和线上加载的集总电感元件能有效减小中和线的物理长度。对天线进行了实物加工测试,实物测量结果与仿真结果比较吻合。0 引言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
2、要求,且不断追寻移动设备的小型化与便携性多入多出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)天线适用于多频段的无线通信,但是由于手机空间较小,天线单元之间存在不可避免的耦合作用,使得MIMO天线单元之间的相关性较大1,削减了MIMO天线在提高信道容量上的优势。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 GHz6
3、.35 GHz工作频带内的MIMO天线隔离度能够达到-20 dB。文献5中提出的超宽带带阻MIMO天线引入了T型枝节结构,该结构耦合到天线单元2的电流与天线单元1耦合到天线单元2的电流相位相反,相互抵消,减弱了天线单元间相关性6-7。同样,在MIMO天线中引入寄生单元8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 GHz2.5 GHz和5.15 GHz5.825 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,天线在3.1 GHz7 GHz频段内S12基
4、板底部中和线折叠14次,顶部折叠了20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,实物测试结果与仿真结果基本一致。1 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,S
5、21-10 dB,工作频段为824 MHz960 MHz和2 300 MHz2 600 MHz。1.1 天线结构设计所提出的MIMO天线具体结构如图1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,每个天线单元结构的尺寸为10 mm22 mm,天线总占有的尺寸为10 mm60 mm。该天线印刷在介电常数为4.4的FR-4介质基板上,基板尺寸为120 mm60 mm0.8 mm。在天线的地板中间加入T型枝节,用来提高MIMO天线的隔离度。该天线采用了50 同轴线馈电的激励方式。1.2 MIMO天线的构成所设计的MIMO天线采用耦合馈电方式,通过带阻电路和馈电线结合组成直接馈电部分
6、,两个天线单元之间的距离只有16 mm。图2给出的是天线和每个单元的具体几何形状和尺寸。天线结构各部分的尺寸具体参数如表1所示。其中A1A4是电感,C1是电容。耦合馈电部分由短路线和集总元件组成,天线结构图2(d)的馈电线直接产生高频(2 300 MHz2 600 MHz),低频(824 MHz960 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型金属线长度为50 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
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