论文部分内容阅读
在无线通信领域的迅猛发展过程中,多输入多输出（Multiple-input-multiple-output,MIMO）技术以及超材料等在天线领域中的应用,成为近年来该领域的研究热点。本文围绕“基于超材料的新型MIMO天线”这个中心命题,开展了基于超材料的超宽带天线以及新型解耦结构等方面的研究。论文的主要研究内容包括以下几个方面:1、在传统单极子天线的基础上,设计了一款超宽带天线。分析了一种双频段CSRR超材料单元结构的特性,并成功地用其改善了所提出的超宽带天线的陷波性能。在该双陷波超宽带天线的基础上设计了一款双单元MIMO天线。针对该双单元超宽带MIMO天线在多个频段内耦合较高的缺点,提出了一种全新的解耦谐振环结构,并最终达到了全工作频段内的高隔离度(S21低于-20dB)。2、提出了一款小型化,工作频带宽达2.9GHz至30GHz的四单元MIMO天线。通过采用交叉极化方向、翻转天线结构以截断电流路径、引入超材料单元结构等手段实现了紧凑空间内在如此宽频段内天线单元间的高隔离度（传输系数低于-18dB）。更进一步地,针对天线小型化的需求,从传输线理论出发,分析了缩减天线贴片大小对其谐振频率的影响,并成功将之应用在所提出的天线结构上,并最终在不影响天线整体性能的前提下大幅缩减了MIMO天线整体尺寸,使得天线平面尺寸由50mm×50mm缩减至30mm×30mm。3、发展了一款小型化,工作频带可达2.2GHz至32GHz的超宽带天线并在此基础上设计了一款四单元MIMO天线,提出了一种全新的超材料解耦墙结构,进而可以在尺寸远小于传统超材料结构的前提下,实现了从2GHz至10GHz的解耦频段,最终实现了MIMO天线整体尺寸的小型化、低剖面以及高隔离的目标。4、以传统开口谐振环结构为原型,设计了一款小型化宽频带毫米波天线。通过使用多重反向枝节以及寄生单元等手段,该毫米波天线的工作频带可以覆盖24GHz至36GHz的范围。在该宽带毫米波天线的基础上设计了一款大规模MIMO天线,通过采用理论分析与仿真测试相结合的手段,该毫米波MIMO天线可以在无需引入其他解耦结构的前提下,在单元间距仅为0.1mm的极窄距离内实现全频段的高隔离（传输系数达到-20dB以下）效果。此外,仿真研究结果表明:该毫米波天线结构在组成MIMO天线时单元间相对位置对其隔离效果影响极低,因而可以针对具体应用需求调整天线整体布局,具有极高的灵活性。