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一种紧凑的双极化超宽带MIMO天线设计

更新时间:2016-07-05

近年来超宽带无线通信得到了学术界和业界的广泛关注,人们对超宽带天线也进行了大量的研究和设计。文献[1]设计的超宽带天线是在天线地板平面上开一个矩形槽来提高隔离度,但是设计的超宽带天线阻抗带宽过高。文献[2]提出的双极化超宽带天线,实现了阻抗匹配,可是设计中没有考虑天线的轴比问题。文献[3]中设计的多输入多输出(MIMO)超宽带天线,显著地降低了多径衰落的影响,然而设计的天线结构不紧凑,体积过大。综上所述,现有的天线无法很好满足超宽带天线结构紧凑、体积小,抗多路干扰、减少信号衰减、高隔离度、阻抗匹配等要求。

本文设计了一种新型、紧凑的双极化超宽带MIMO天线,采用一个六边形结构的贴片,实现了结构紧凑、体积小的目的,而且可以减少信号衰减、抗多路干扰等。在六边形贴片的地板平面上接一个矩形垂直臂,实现了35%的3 dB轴比带宽,以及两个端口之间的隔离。同时,在矩形垂直臂中加入一个L型散热器,提高了隔离度。该天线明显减少了多径衰落的影响,而且具有很高数据吞吐量。该天线可以应用于超宽带无线通信系统。

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(ⅱ) 若F∘T′(y)没有大于1的特征值,则indexw(T,y)=indexSy(T′(y),0)=(-1)σ,

1 天线结构设计

图 1所示为天线的结构示意图和实物图,图 1(a)为天线结构示意图,图1(b)为天线实物的正面,图1(c)为天线实物的底面。设计的超宽带MIMO天线相对介电常数为 4.4,天线尺寸为 25 mm×25 mm×1.6 mm。天线由一个六边形贴片组成,它有两个L型的散热器,用来提高隔离度和实现阻抗匹配[4]。矩形垂直臂尺寸为L1×W1。六边形的半径为12 mm,天线采用50 Ω微带线馈电,馈线末端带有圆形调谐枝节,为了改善轴比带宽,在馈电点下方的地板上挖一个矩形缺口,形成渐变结构阻抗带宽,尺寸大小为L2×W2。获得的中心频率约为7 GHz,可以利用下面的公式对中心频率进行计算[5]

图1 天线结构示意图和天线实物 Fig.1 Antenna structure schematic and antenna object

2017年中国最好大学排名评价的61所医药类院校分布于中国的25个省(市、区),其中辽宁的评价高校数量最多,有6所;广东和山东的评价高校数量位居第二,各有5所;黑龙江、江苏和四川各有4所评价高校;安徽、北京和广西各有3所评价高校;福建、贵州、河北、河南、江西、山西、天津和浙江等8个省份各有2所评价高校;海南、吉林、内蒙古、宁夏、上海、新疆、云南和重庆等8个省份各有1所评价高校。

包络相关系数(ECC)是超宽带天线分析的重要参数。ECC是表征天线信号衰落能力的。图9所示为仿真和测量的包络相关系数结果。从图中可以看出,ECC的测量值小于0.01。相关性可以用下面的计算公式表示[9]

从图2和图3中可以看出,天线设计结构的不断改进优化,其性能在不断地提高,使得最终加工出的实际天线性能可以满足超宽带MIMO天线的应用[7]

图2 S11参数和频率的关系曲线 Fig.2 The relation curves of S11 parameters and frequencies

图3 隔离度与频率的关系 Fig.3 The relationship between isolation and frequency

从足球来看,它是当时在中国发展得最好的西方近代体育项目。最能说明问题的如1923年澳洲橄榄球总会代表亨利·美勒,已“发现华人的足球程度可以与澳大利亚人抗衡,遂改变计划,决定邀请中国的足球队访问澳大利亚。”[12]又如1923年“被称为世界海禁最严的澳洲,凡是外国人入境均需要护照。”但是澳洲足球总会早在中国足球队到达之前就已沟通好,准免查验[13]。所以,以李惠堂为代表的乐华足球队,成了1928年中国出访东南亚的首选。

式中:c为光速;R为六边形的半径;εr为相对介电常数;fc为中心频率。

2 测量结果和讨论

采用三维电磁仿真软件CST进行天线仿真。使用R&S ZVL矢量网络分析仪分别对圆极化轴比、天线增益和辐射特性进行测量。仿真和测量的S11参数和频率的关系如图4所示。图5所示为天线的仿真和测量的轴比(AR)和频率的关系曲线;图6所示为天线的仿真和测量增益和频率的关系曲线。天线增益在2 dBi到5 dBi之间,测量的天线峰值增益在10 GHz 下为 5 dBi[8]

图4 S11参数和频率的关系曲线 Fig.4 The relation curves of S11 parameters and frequencies

图5 AR与频率的关系曲线 Fig.5 The relationship between AR and frequency

图6 天线增益和频率的关系曲线 Fig.6 The relationship between antenna gain and frequency

如图7所示,选择不同的频率进行辐射特性分析,分别在5,7和9 GHz仿真和测量辐射特性,用红色线表示仿真结果,用蓝色线表示测量结果。可以观察到这种紧凑的MIMO天线具有极化多样性,从而达到高隔离的目的[9]

天线的仿真和测量隔离度如图8所示。从图可以看出,在3.0~10 GHz带宽内隔离度大于15 dB[10]

在设计天线的过程中,首先是在地板上开两个宽槽,由于这种做法隔离度低,所以在宽槽内加上两个反射条,用于提高隔离度和激发无线通信链路频率的圆极化波辐射,为了更好实现阻抗匹配,在天线中又引入L型散热器,导致了轴向比的下降,最后,在地板上开一个矩形缺口,来提高轴比带宽。采用三维电磁仿真软件 CST对天线设计的几个阶段进行仿真,仿真结果如图2所示,为S11参数和频率的关系曲线,图3所示为隔离度和频率的关系曲线[6]

例1中桃叶渡的地址是核心信息。介绍其得名由来一是婉转告知读者该景点形成的历史年代,二是迎合母语读者长期形成的对历史故事的心理期待。对外宣传时首先需要考虑保留景点地理位置和历史年代的相关信息,还需注意“小妾”一词的英译。纳妾是中国封建社会的现象,虽然在近代中国这一现象已经被法律明令禁止,但中国人心理上仍然普遍认可古代文人雅士与“小妾”之间的爱情故事,英译时可选择使用能传达美好爱情的一词“beloved woman”,忌使用带有贬义的“concubine”,以免产生不美妙的联想和不良的宣传效果。

图7 辐射特性 Fig.7 Radiation characteristics

图8 隔离度和频率关系曲线 Fig.8 Curves of isolation and frequency

图9 ECC和频率的关系曲线 Fig.9 Curves of ECC and frequency

式中:表示S11的共轭转置;表示S12的共轭转置。

3 结论

处在那样的年纪,未来还没有被定义,生活冉冉升起。大家每天雄赳赳气昂昂,开始买日本的电器看美国的电影。拿到爱华随身听,激动得整晚睡不着觉,翻来覆去听张学友。香港是怎样的,让人神往。

[3]LI J F, CHU Q X, LI Z H. Compact dual band notched UWB MIMO antenna with high isolation [J]. IEEE Trans Antennas Propag Lett, 2013, 9(6): 4759-4766.

设计了一种紧凑的双极化超宽带MIMO天线,其具有较高的隔离度,通过在宽槽内加上两个反射条,并引入L型散热器,使天线的性能改善,测量的隔离度大于15 dB。ECC测量结果在可接受的范围内,天线可以应用于超宽带无线通信系统中。

[1]KUMAR R, KHIKLE R K. A horizontally polarized rectangular stepped slot antenna for ultra wide bandwidth with boresight radiation patterns [J]. IEEE Trans Antennas Propag, 2014, 62(7): 3501-3510.

[2]LI Y, ZHANG Z, CHEN W, et al. A dual-polarization slot antenna using a compact CPW feeding structure [J]. IEEE Antennas Wireless Propag Lett, 2010, 9(3): 191-194.

参考文献:

[4]MAO C X, CHU Q X. Compact radiator UWB-MIMO antenna with dual polarization [J]. IEEE Antenna Wireless Propag Lett, 2014, 9(1): 4474-4480.

[5]LIU X L, WANG Z D, YIN Y Z, et al. A compact ultra-wideband MIMO antenna using QSCA for high isolation [J]. IEEE Antennas Wireless Propag Lett, 2014,13(3): 1497-1500.

[6]GAO P. Compact printed UWB diversity slot antenna with 5.5 GHz band-notched characteristics [J]. IEEE Antennas Wireless Propag Lett, 2014, 13(6): 376-379.

[7]ROSHNA T K, DEEPAK U, SAJITHA V R, et al. Coplanar stripline-fed compact UWB antenna [J]. IEEE Electron Lett,2014, 50(17): 1181-1182.

[8]QUINTER O, ZURCHER G. System fidelity factor:a new method for comparing UWB antennas [J]. IEEE Trans Antennas Propag, 2011, 59(7): 2502-2512.

[9]GAUTAM A K, YADAV S, KANAUJIA B K. A CPW-fed compact UWB microstrip antenna [J]. IEEE Antennas Wireless Propag Lett, 2013, 12(1): 151-154.

[10]ARYA A K, AZIZ R S, PARK S O. Planar ultra-wideband printed wide-slot antenna using fork-like tuning stub [J].Electron Lett, 2015, 51(7): 550-551.

王荣荣,刘明伟
《电子元件与材料》 2018年第04期
《电子元件与材料》2018年第04期文献

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