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移动终端多天线及其性能的研究

作　者: 王昕
导　师: 冯正和
学　校: 清华大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: MIMO天线移动终端天线分集天线多频段天线信道测量
分类号: TN828.6
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文研究工作围绕移动终端多天线的设计及其在典型传播环境中的性能展开。MIMO技术从利用空间资源入手,在提高系统容量方面有很大潜力。随着无线通信向高速率、高质量、多业务的方向发展,MIMO技术被认为是解决通信容量瓶颈问题的有力手段。其核心问题是对传播环境中多径资源的挖掘和利用。以往的移动终端多天线设计大多直接将几个天线单元排列在一起,当单元间互耦较大时增加额外的结构对隔离度进行改善。天线整体尺寸较大,并且各天线单元的辐射特性在极化方式和方向图形状上互补性不强,不能使MIMO系统充分挖掘空间中的多径资源。本文针对手持移动终端,以实现双极化及互补性较高的方向图为目标,提出了几种小型的多天线设计方案。本文利用反相馈电方式、并结合天线单元及排列方式的设计,提出了一种外形紧凑狭长的双极化天线结构;将共面波导与1/4波长开路缝隙天线相结合提出了一种紧凑的馈电结构,进而设计了一种全平面化的双极化天线。这两种两单元天线结构在实现双极化辐射的同时,单元方向图彼此互补,即同时具有极化分集与角度分集特性,且端口隔离度较高。本文进一步在平面双极化天线的基础上,提出了一种全平面化的四单元多天线结构,通过选择其不同的单元组合,可以实现不同分集方式的切换。针对笔记本电脑等便携终端上的MIMO系统组阵,本文利用不同谐振频率的多个谐振单元间的相互耦合扩展带宽,提出了一种小型多频段天线单元结构,实现了GSM850、GSM900、DCS和PCS频段的同时覆盖。本文在典型室内环境现场信道测量的基础上,以平面型四单元多天线为代表,比较和讨论了具有不同极化方式及辐射方向图形状的多天线形式可获得的系统性能。通过信道容量、接收信噪比、接收天线相关系数的计算,验证了混合极化、单元方向图互补性较高的多天线在终端应用中的优势,得到的结论对小型移动终端的多天线设计具有较高的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章引言  9-18
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 移动终端多天线发展现状  10-14
    1.2.2 多天线性能研究  14-16
  1.3 论文工作内容  16-18
第2章紧凑型终端双极化天线设计  18-37
  2.1 高隔离度双极化天线  18-20
  2.2 紧凑型双极化天线的实现  20-23
  2.3 天线几何参数的确定  23-29
    2.3.1 单极子天线几何参数分析  23-26
    2.3.2 倒L 天线及功分器  26-29
  2.4 电流分布模式及辐射方向图  29-34
  2.5 天线实测结果  34-36
  2.6 本章小结  36-37
第3章平面型终端多天线设计  37-65
  3.1 多天线设计中的缝隙天线  37-39
  3.2 平面型双极化天线的实现  39-48
    3.2.1 设计思想及天线结构  39-42
    3.2.2 电场及电流分布模式分析  42-48
  3.3 馈电结构几何参数分析  48-51
  3.4 天线实测结果  51-54
  3.5 平面型四单元多天线结构  54-64
    3.5.1 天线结构设计  54-58
    3.5.2 天线仿真与实测性能  58-64
  3.6 本章小结  64-65
第4章多频段终端天线单元设计  65-84
  4.1 多天线技术在笔记本电脑上的应用  65-67
  4.2 天线结构  67-70
  4.3 天线带宽的展宽  70-74
    4.3.1 端口反射系数  70-72
    4.3.2 电流分布  72-74
  4.4 几何参数分析  74-77
  4.5 天线实测结果  77-83
  4.6 本章小结  83-84
第5章基于现场测量的终端多天线性能研究  84-103
  5.1 测量平台与测量场景  84-91
    5.1.1 测量平台  85-86
    5.1.2 收发端天线  86-90
    5.1.3 测量环境  90-91
  5.2 数据处理  91-93
    5.2.1 信道传输矩阵归一化  91-93
    5.2.2 接收单元复相关系数  93
  5.3 测量结果分析  93-102
    5.3.1 发射功率恒定  93-99
    5.3.2 不同单元组合、天线姿态分别归一化  99-101
    5.3.3 天线选择总结  101-102
  5.4 本章小结  102-103
第6章结论  103-105
  6.1 论文工作总结  103-104
  6.2 进一步工作的建议  104-105
参考文献  105-111
致谢  111-112
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  112

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