UWB-MIMO天線研究.pdf

1、將超寬帶（UWB，Ultra-wideband）無線通信技術與多入多出（MIMO，Multiple-Input Multiple-Output）技術相結合的無線通信系統(tǒng)稱之為UWB-MIMO系統(tǒng)。工作于3.1GHz~10.6GHz的UWB無線通信系統(tǒng)具有傳輸速率高、抗多徑衰落能力強等特點，引入MIMO這一將多徑視為有利因素并可在不增加系統(tǒng)帶寬情況下提高系統(tǒng)容量的技術將可進一步提高UWB系統(tǒng)的容量，使之達到1Gb/s以上。同時，美國聯(lián)邦通

2、信委員會（FCC，F(xiàn)ederal Communications Commission）對UWB的輻射功率作了嚴格的限制，使得UWB無線通信系統(tǒng)的通信距離較短，然而，引入MIMO技術后，就可以在不增加輻射功率的情況下通過波束形成技術有效的增加UWB系統(tǒng)的通信距離，而且這種采用較低輻射功率的UWB-MIMO系統(tǒng)也符合近年來在世界范圍內(nèi)興起的以節(jié)能減排為目標的“綠色通信”的理念。另外，UWB信號具有很強的穿透能力，可以隔墻通信、成像、定位等，

3、這是同樣具有較高傳輸速率的基于60GHz毫米波應用的 IEEE802.15.3c設備所不具備的。正因為UWB-MIMO系統(tǒng)具有如此優(yōu)越和獨特的特性，它開始引起國內(nèi)外眾多學者的重視和研究。UWB-MIMO天線作為UWB-MIMO系統(tǒng)發(fā)射和接收信號的關鍵部件，其研究也開始逐步受到關注。
　　論文以 UWB-MIMO這一極具發(fā)展?jié)摿Φ臒o線通信系統(tǒng)中的 UWB-MIMO天線為研究對象，對這種天線的設計方法進行了深入的研究，主要完成了以下三

4、方面的工作：
　　1）對極化分集UWB-MIMO天線進行了研究。本文針對采用T形去耦結構設計的極化分集 UWB-MIMO存在天線尺寸較大、帶寬較窄等缺點，提出了一種新型的指數(shù)漸變線去耦結構來解決這些問題，并采用這種去耦結構成功設計了一款結構緊湊的極化分集 UWB-MIMO天線。仿真和實驗結果同時證明該方法是可行，采用該方法設計的天線不僅具有更寬的阻抗帶寬和更緊湊的結構，同時也具有更高的平均增益。
　　2）對方向圖分集 UWB

5、-MIMO天線進行了研究。本文針對現(xiàn)階段小型化UWB-MIMO天線設計中存在去耦結構較復雜、設計難度大等問題，提出了一種基于“E面對稱切半法”的方向圖分集UWB-MIMO設計方法，并給出了該方法每一步的設計機理。該方法以一個具有對稱結構的UWB平面單極子天線為初始模型進行設計，采用該方法設計的UWB-MIMO天線不僅尺寸較小，而且去耦結構簡單，可簡化設計過程和提高設計效率。為了驗證設計方法的可行性，本文以一個圓形UWB平面單極子天線為例

6、設計了一款方向圖分集UWB-MIMO天線，并對天線模型進行了加工和實驗測試，仿真和實驗結果同時證明該方法是可行的、正確的。為了驗證設計方法的普適性，本文以同樣具有對稱結構的切角矩形UWB平面單極子天線為初始模型仿真設計了另外一款方向圖分集 UWB-MIMO天線，仿真結果證明了本文提出的設計方法具有很好的普適性，可應用于各種具有對稱結構的UWB平面單極子天線上。同時，利用該方法設計的UWB-MIMO天線還可進一步縮減尺寸，縮減尺寸后的天線

7、通過優(yōu)化設計依然能夠滿足設計指標要求。
　　3）對帶有陷波功能的 UWB-MIMO天線進行了研究。針對UWB-MIMO系統(tǒng)與其他窄帶通信系統(tǒng)之間的相互干擾問題，采用在 UWB-MIMO天線單元上蝕刻倒L形槽縫設計了一款具有WLAN頻段陷波功能的單陷波UWB-MIMO天線；采用在UWB-MIMO天線單元上蝕刻互補開口諧振環(huán)（CSRR，Complementary Split Ring Resonator）結構槽縫設計了一款具有C波段和