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MIMO系统天线单元及阵列设计与研究

作　者: 肖丽华
导　师: 李莉
学　校: 北京邮电大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: MIMO天线设计极化分集天线双极化天线方向图可重构天线
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 478次
引　用: 7次
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内容摘要

多输入多输出(MIMO)系统是在发射端和接收端都采用多天线的系统。它可以在同一频带内,提供传输平行信息的几个无线信道,并大大地增加系统的容量。目前,天线问题是限制MIMO技术在蜂窝移动通信和3G/B3G应用的一个重要因素。随着MIMO技术的发展,对应用于MIMO系统天线的研究变得十分迫切,同时也具有理论意义和实用价值。本文系统而深入地概述了MIMO分集性能衡量指标,对空间分集、方向图分集、极化分集的应用场景进行深入探讨,进而根据MIMO系统天线设计的要求和特点,结合当前典型的新型MIMO系统天线单元和天线阵列,详尽地分析了它们的设计思路,指出了MIMO天线的发展方向,提出了MIMO多天线的设计思想与技术途径。接着对极化分集MIMO天线进行研究,系统而完整地研究及设计了MIMO极化分集天线。仿真设计双极化天线、三重极化天线、垂直极化状态的方向图可重构天线,均表现出较好的性能。方向图可重构天线是MIMO天线设计的新思路。最后探讨三维空间散射环境中,Kronecker信道模型下天线方向性对空间衰落相关性和信噪比的影响,仿真研究均匀圆阵、线阵、矩形阵的多输入多输出系统信道容量。首次综合性给出天线方向性对信道容量的影响,即当定向天线主瓣对准来波时,定向天线方向性引起的信噪比增加超过了其相关系数对容量的负面影响,从而使信道容量整体优于全向天线。天线单元方向性越强,信道容量越大。对如何合理设计MIMO系统发射和接收端天线阵列来进一步取得系统的容量增益具有现实意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 MIMO原理简析  9-11
  1.2 MIMO研究内容  11
  1.3 MIMO技术的应用  11-13
  1.4 MIMO天线研究背景及现状  13-14
  1.5 论文的结构安排  14-15
第二章 MIMO分集性能衡量指标  15-25
  2.1 分集理论  15-17
  2.2 分集性能衡量指标  17-21
    2.2.1 分集增益  17-18
    2.2.2 相关系数  18-19
    2.2.3 分支功率比和平均有效增益  19-20
    2.2.4 容量计算  20-21
    2.2.5 分集接收模型的建立及准确性  21
  2.3 三种分集方式应用  21-24
    2.3.1 空间分集应用  21-22
    2.3.2 角度分集应用  22
    2.3.3 极化分集应用  22-23
    2.3.4 三种分集方式关系  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章 MIMO系统多天线设计思路  25-38
  3.1 MIMO系统天线设计的要求和特点  25-26
  3.2 MIMO天线单元  26-29
    3.2.1 分形天线  26-28
    3.2.2 电磁带隙(EBG)基片天线  28
    3.2.3 多频段天线  28-29
  3.3 MIMO天线系统  29-36
    3.3.1 三端口MIMO系统  30-32
    3.3.2 多模天线  32-34
    3.3.3 开关寄生天线阵列  34-35
    3.3.4 袖珍立方布局天线阵列  35-36
  3.4 MIMO多天线的设计思想与技术途径  36-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章极化分集MIMO天线设计  38-67
  4.1 天线极化的基本理论  38-43
    4.1.1 极化定义及机理  38-39
    4.1.2 天线及其辐射波的主要极化参量  39-41
    4.1.3 双极化或多重极化天线的参量  41-43
  4.2 双极化天线设计  43-49
    4.2.1 矩形微带天线的设计流程  43-45
    4.2.2 背馈双极化微带贴片天线设计  45-46
    4.2.3 背馈双极化微带贴片仿真结果  46-49
  4.3 三重极化天线设计  49-61
    4.3.1 垂直极化S型平面倒F天线  49-53
    4.3.2 水平极化H形微带缝隙天线  53-57
    4.3.3 三重极化天线仿真结果  57-61
  4.4 垂直极化方向图可重构天线设计  61-66
    4.4.1 感应电动势分析法  61-63
    4.4.2 仿真结果  63-66
  4.5 本章小结  66-67
第五章阵列形式及单元方向图对MIMO系统影响  67-76
  5.1 不同方向图下空间衰落相关特性  67-69
  5.2 天线信噪比修正  69-70
  5.3 MIMO系统模型  70
  5.4 仿真结果  70-75
    5.4.1 各阵列点源与偶极子空间相关系数比较  70-72
    5.4.2 信噪比修正后点源与偶极子容量比较  72-74
    5.4.3 天线方向性对阵列容量影响  74-75
  5.5 本章小节  75-76
全文总结  76-78
参考文献  78-83
致谢  83-84
作者攻读学位期间发表的学术论文目录  84

MIMO系统天线单元及阵列设计与研究

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