基于电磁超材料的新型无线终端天线研究

基于电磁超材料的新型无线终端天线研究

内容简介：下一代移动通信系统正迈向高速化、高品质、宽带、大容量发展。多输入多输出(Multi-input and Multi-output, MIMO)技术是一种利用分集技术提高信道容量的技术，其在收、发端均采用多天线技术。移动终端由于体积有限，终端多天线的设计就成为制约MIMO技术发展的难点；同时，现有的2G和3G甚至未来4G技术在很长一段时间内将并存，这就需要天线工作在多个频段，进一步加剧了天线设计的困难。本论文正是针对下一代无线通信系统的发展趋势和需求，利用电磁超材料（Metamaterials）所具有的超常材料功能以及新颖的设计思想，研究无线终端天线在小型化、高性能设计、多频多天线设计、高隔离度天线设计等方面的关键技术。
　　本文首先详细介绍了左手材料的基础理论、独特性质及其实现方式。并对左手材料的两种实现方式谐振式结构和非谐振式结构进行比较分析，重点介绍了复合左右手传输线（CRLH－TL）理论及其在天线设计中的应用。同时对MIMO技术的基本原理、分集技术及评价其性能的参数做了详细介绍。
　　本文基于双零阶谐振天线理论，创新性地设计出了一种能够覆盖GSM850/900、DCS1800/1900和3G频段的小型化、宽频带天线。该天线在工作频带内具有良好的类单极子方向图特性，具有较高的辐射效率；对加工的天线实物进行测量，测量的结果证实我们的设计完全满足了设计要求；同时我们分析了天线各个部分对天线性能的影响；最后我们还对天线进行优化，进一步降低了天线的高度，仿真结果表明优化后的天线仍满足设计要求。
　　本文对终端MIMO天线的去耦技术进行了分析，并重点对中和线和地板开槽两种去耦技术进行了研究。基于本文提出的超材料单元天线模型，成功设计了一款能够覆盖GSM850/900、DCS1800/1900和3G频段的高隔离度MIMO双天线。该天线在工作频带内具有良好的类单极子方向图特性，具有较好的辐射效率和隔离度。仿真与实验结果表明，低频段的隔离度实现－13dB，高频段的隔离度可达－20dB，包络相关系数ECC也满足MIMO分集天线指标要求。
　　本文提出的基于超材料小型化、多频带、高性能天线及高隔离度MIMO双天线设计，为下一代LTE无线通信系统智能手机终端的设计奠定了良好的基础。

作者：韩伟强,

关键词：下一代移动通信系统, 无线终端天线, 信道容量, 左手材料, 电磁超材料,