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无线终端设备天线及其解耦技术的研究

作　者: 左少丽
导　师: 尹应增
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 无线终端设备天线多频段天线地支解耦技术地缝解耦技术解耦网络
分类号: TN820
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着无线通信技术的发展，要求天线能够同时实现尽量多的功能。出于对天线小型化的考虑，多频段天线无疑是最佳的选择。因此，开发高性能小型多频段天线是无线终端天线技术发展的迫切需求。各种无线通信业务和宽带数据业务的不断发展，多天线技术应运而生。由于受到尺寸的限制，如何降低无线终端设备天线单元之间的互耦是多天线技术的核心问题之一。本论文结合科研课题和各种无线通信系统的需求，对无线终端设备天线及其解耦技术等问题展开研究。作者的主要工作和创造性成果可以概括为：1.对无线终端设备天线进行了研究。（1）针对无线设备要求天线具有多频段、宽频带、小型化等性能，采用下面几种方法加以实现：天线形式主要采用单极天线和PIFA天线形式；分别利用谐振枝节法、多缝隙法、曲折线法很好地实现了天线的多频段特性；并且主要通过对馈电形式进行改进，将一般的微带馈电形式改进为耦合馈电和平面套筒馈电形式，将PIFA中的探针馈电形式改进为梯形平板馈电形式，在实现多频段的基础上进一步展宽天线的阻抗带宽；在此基础上，利用顶加载技术以及弯折枝节法实现了天线的小型化。（2）在DVB-H单极天线的设计中，分析载体金属盒对天线性能影响。根据手机实际使用情况，设置最佳角度为150度。（3）在3G PIFA天线的设计中，采用双枝节激励PIFA天线的1/8波长和1/4波长双谐振模式，实现了双宽频带特性。2.研究了无线终端设备多天线地支解耦技术。分析在无线终端设备中双天线位置对耦合的影响：当双天线并列放置时，由于天线单元处于另一个天线单元较强的近场区域，因此发生强耦合。在地板上引入另一条耦合路径，控制其幅度和相位与原来的耦合场相抵消，也就是地支解耦技术。根据上述方法设计一款无线设备单频工作双天线系统，设计由三个垂直枝节和一个水平枝节组成的耦合元倒E形地支结构。调节中间最长的垂直枝节控制耦合场的幅度和相位；水平枝节和两端较短的垂直枝节主要调节耦合元的谐振频率。天线元之间的互耦明显减小，在2.45GHz处耦合为-46.7dB,与不加地支结构相比改善大约20dB。同样设计了一款双频工作双天线系统，由五个垂直枝节和两条水平枝节组成的耦合元双倒E形地支结构，上下两条水平枝节分别影响两个频段的互耦。在整个工作频段，天线双端口之间的隔离度均小于-30dB。地支结构易于设计，并且采用弯折技术，地支结构通常尺寸较小，适用于小型移动终端多天线单元之间进行解耦。3.研究了无线终端设备多天线地缝解耦技术。缝隙长度约为谐振频率四分之一波长时，得到最小的互耦。缝隙数目增加，阻抗特性变差，互耦减小，因此合理选择缝隙的数目，获得较好的阻抗特性和互耦特性。提出倒T形及双L形缝隙结构，设计了一款双频高隔离度两单元天线。加入T形缝隙结构之后，两天线单元在低频段的互耦明显减小，加入双L形缝隙之后，两天线单元在高频段的互耦降低，在整个工作频带范围内基本上均小于-20dB。与四分之一波长缝隙相比，两节谐振器尺寸明显减小，其高度由14.6mm减小到4mm，尺寸减小了72.6%。利用多节谐振器地缝结构可以有效的降低缝隙尺寸，同样可用于小型移动终端多天线单元解耦。4.研究了无线终端设备多天线解耦网络技术。提出两种解耦网络的设计方法：（1）微带线解耦网络（2）本征模解耦网络；为避免集总元件调试的敏感性，利用微带线解耦网络对两单元天线解耦，天线系统的互耦在整个阻抗带宽内低于-15dB；提出180o耦合器作为本征模解耦网络对两单元环天线解耦，天线系统的互耦在整个阻抗带宽内低于-20dB；提出由四个3dB电桥与移相线组成的混合网络作为本征模解耦网络对四单元环天线解耦。天线系统的互耦在整个阻抗带宽内低于-15dB。利用网络解耦，天线单元的设计和网络的设计可以分开进行，简化了联合优化的复杂性，其尺寸较大，一般适用于尺寸限制不太严格的多天线系统。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-23
  摘要  11
  1.1 研究背景和意义  11-12
  1.2 国内外研究状况  12-20
  1.3 论文研究内容及作者主要工作  20-23
第二章平面印刷单极天线设计  23-47
  摘要  23
  2.1 引言  23-24
  2.2 单极天线基本理论  24-26
  2.3 多枝节单极天线设计  26-32
  2.4 小型多缝隙单极天线设计  32-39
  2.5 小型双宽带折叠手机天线设计  39-46
  2.6 小结  46-47
第三章无线终端 PIFA 天线设计  47-65
  摘要  47
  3.1 引言  47
  3.2 PIFA 天线基本理论  47-51
  3.3 三频段 PIFA 天线设计  51-58
  3.4 小型移动终端双天线设计  58-63
  3.5 小结  63-65
第四章多天线地支结构解耦技术  65-85
  摘要  65
  4.1 引言  65-66
  4.2 多天线通信技术  66-68
  4.3 多天线阵元间互耦分析  68-73
  4.4 无线终端单频双天线解耦  73-79
  4.5 无线终端双频双天线解耦  79-84
  4.6 小结  84-85
第五章多天线地缝结构解耦技术  85-101
  摘要  85
  5.1 引言  85
  5.2 单频地缝结构解耦特性分析  85-93
  5.3 双频双天线地缝结构解耦  93-99
  5.4 小结  99-101
第六章解耦网路技术  101-133
  摘要  101
  6.1 引言  101
  6.2 解耦网络的基本模型  101-103
  6.3 微带线解耦网络  103-113
  6.4 本征模解耦网络理论  113-118
  6.5 本征模网络解耦设计实例  118-131
  6.6 小结  131-133
第七章全文总结  133-137
致谢  137-139
参考文献  139-153
攻读博士学位期间的研究成果  153-157

无线终端设备天线及其解耦技术的研究

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