【摘 要】
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多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)天线可以利用空间中的不同路径并行进行数据传输,从而带给系统信道容量的提升,因此被广泛用于5G移动通信终端。另一方面,移动设备通常体积小,内含模块繁多,留给多天线系统的空间非常有限。紧凑集成大量MIMO天线无疑会增强天线间的耦合作用。因此如何消除紧凑集成带来的强互耦影响,成为了时下的研究重点。针对上述需求与挑战,本
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多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)天线可以利用空间中的不同路径并行进行数据传输,从而带给系统信道容量的提升,因此被广泛用于5G移动通信终端。另一方面,移动设备通常体积小,内含模块繁多,留给多天线系统的空间非常有限。紧凑集成大量MIMO天线无疑会增强天线间的耦合作用。因此如何消除紧凑集成带来的强互耦影响,成为了时下的研究重点。针对上述需求与挑战,本文做了如下工作:首先,本论文提出了一款5G宽带可重构车载4×4 MIMO天线。该设计的最大亮点是利用紧凑的天线结构实现了宽带覆盖。具体地来说,天线利用环结构的多模谐振特性及其耦合激励寄生元件产生的单极子、偶极子模式,结合开关切换两种状态,实现了1710-5000MHz(相对带宽98.1%)频带的-10d B阻抗带宽覆盖。天线效率在工作频带内高于73%,符合实际工程应用需求。其次,提出了一款5G金属边框智能机8×8 MIMO天线。该天线基于一种双贴片单元设计,这种单元可以由同相和反相信号同时激励,分别产生两种模式——二元单极子子阵模式(模式1)和耦合环模式(模式2)。通过不同路径耦合能量抵消,两种模式下工作的天线尽管共用辐射结构,隔离度仍然能够达到16d B的高水平。对该天线进行了加工和测试,其测试结果与仿真结果具有一致性。在3.5GHz(3400-3600MHz)频段内天线实物效率达到33.6%以上,信道容量达到39bps/Hz。最后,提出了一款用于5G终端的紧凑型6×6 MIMO天线。该6×6 MIMO天线由四个双贴片单元构成,按照工作原理将其分为两组,模式1的4×4 MIMO天线和模式2采用两组90°渐变相位的紧凑馈电网络馈电的2×2 MIMO近似全向天线。天线实物测试效率在工作频带内处于48%-67%之间,其方向图具有良好的全向性。在3.5GHz频段的信道容量为30.9 bps/Hz,远高于4G 2×2 MIMO容量(约10 bps/Hz),具有应用于5G通信的价值。
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