2×12db双天线,超经典MIMO平板天线
2x2mimo是什么意思
2x2mimo是什么意思
2x2MIMO架构，就是mimo技术的叠加技术。
mimo技术
mimo(multiple-input multiple-output)系统，该技术最早是由marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。
根据收发两端天线数量，相对于普通的siso(single-input single-output)系统，mimo还可以包括simo(single-input multi-ple-output)系统和miso(multiple-input single-output)系统。
可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。
也就是说可以利用mimo信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。
利用mimo技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。
前者是利用mimo信道提供的空间复用增益，后者是利用mimo信道提供的空间分集增益。
实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的blast算法、zf算法、mmse算法、ml算法。
ml算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。
zf算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。
性能和复杂度最优的就是blast算法。
该算法实际上是使用zf算法加上干扰删除技术得出的。
目前mimo技术领域另一个研究热点就是空时编码。
常见的空时码有空时块码、空时格码。
空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。
一款紧凑型超宽带MIMO天线设计
一款紧凑型超宽带MIMO天线设计王友保;饶跃飞;杨健【摘要】提出并设计一款使用相互垂直解耦结构的紧凑型超宽带MIMO天线.天线由4个耳朵型的平面单极子天线单元组成.在地板上延伸出的带有平行金属带的倒L型枝节,能够拓展天线的带宽,同时改善天线端口间的隔离度.仿真和测试的结果表明天线在3.1～10.6 GHz的带宽内隔离度在-20 dB以下.同时给出了天线的增益、效率、辐射方向图和相关系数.%Compact UWB-MIMO antenna with mutually perpendicular decoupling structure was proposed.The antenna consistedof four ear-like planar monopole antenna elements.By adding the inverted L-shaped structure with the parallel strips in the ground,its bandwidth was greatly widened.At the same time,the isolation between the antenna ports was increased,too.The simulation and measurement results showed thatthe return losses and the isolations of the designed antenna all werebelow-10 dB and-20 dB across the UWB of 3.1-10.6GHz,respectively.Furthermore,gains,radiation efficiencies,the radiation patterns and the correlation coefficients were presented.【期刊名称】《安徽大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(041)005【总页数】6页(P46-51)【关键词】超宽带天线;解耦;倒L型结构【作者】王友保;饶跃飞;杨健【作者单位】南京信息工程大学应用电磁学研究中心,江苏南京210044;南京信息工程大学应用电磁学研究中心,江苏南京210044;南京信息工程大学应用电磁学研究中心,江苏南京210044【正文语种】中文【中图分类】TN827Abstract:Compact UWB-MIMO antenna with mutually perpendicular decoupling structure was proposed. The antenna consisted of four ear-like planar monopole antenna elements. By adding the inverted L-shaped structure with the parallel strips in the ground, its bandwidth was greatly widened. At the same time, the isolation between the antenna ports was increased, too. The simulation and measurement results showed that the return losses and the isolations of the designed antenna all were below -10 dB and -20 dB across the UWB of 3.1-10.6 GHz, respectively. Furthermore, gains, radiation efficiencies, the radiation patterns and the correlation coefficients were presented.Keywords: ultrawide band antenna; decoupling; inverted L-shaped structure伴随着无线数据业务(如无线多媒体局域网、无线传感网、智能运输系统等)的蓬勃发展，超宽带技术以其传输速率高、频带宽、功耗低的优势，引起了人们的广泛关注.但是，由于周围环境越来越复杂、拥挤，使得信号多径衰落现象越来越严重.幸运的是MIMO技术可用来抑制信道衰落，在不增加天线的带宽和发射功率的前提下，能成倍地提高频谱利用率和无线信道容量[1-3].因此，超宽带技术与MIMO 技术的结合成为当前研究热点之一.科研人员已经设计了大量的超宽带MIMO天线，主要在于缩小天线尺寸，降低天线之间的相互耦合.文献[4]设计了一款超宽带半环形MIMO天线，并提出用叉形地面延伸枝节来获得高隔离度.文献[5]提出了一款有分集特性的超宽带MIMO天线，通过两个天线单元正交放置获得了较好的隔离度.文献[6-10]中，设计的几款超宽带MIMO天线均是通过增加金属带来获得高隔离度.文献[11-12]中，两款超宽带MIMO天线则是采用在地板上蚀刻缝隙来降低耦合.在笔者的设计中,拟采用地面延伸出来的两个相互垂直的倒L型枝节来改善隔离度，同时地板枝节的一部分位于天线单元的正下方，与天线单元形成双面双带线结构，双带线之间的耦合起到拓展带宽的作用，可以在不改变隔离度的情况下，通过改变耦合的相对面积来调整天线带宽.倒L型枝节上延伸出的金属带在不影响带宽的前提下，进一步改善了天线的隔离度.天线结构如图1所示.图1中，耳朵型平面单极子对称放置于尺寸为72 mm×36 mm×0.8 mm的FR4基板上，基板相对介电常数为4.4，损耗正切为0.02.从地板延伸出的倒L型枝节改善了天线端口之间的隔离度，倒L枝节与天线单元形成双面双带线结构，通过耦合改变了天线单元的电流路径，拓展了天线的带宽，从倒L 型枝节延伸出的金属带进一步改善了隔离度.在地板上蚀刻4个矩形的缝隙，减小了表面电流的耦合.表1为天线的具体参数.天线实物如图2所示.使用安捷伦N5227A网络分析仪对该天线进行了测试，图3给出了测试出的天线S参数.由图3可知，天线频率在3.1～10.6 GHz时具有良好的阻抗匹配特性和隔离度.考虑到天线单元的对称性，从其中任一个单元的性能可以类推出其他单元的性能，因此这里仅给出单元1的S参数.倒L枝节的长边与辐射单元形成双面双带线，可产生互耦.W9作为重要的设计参数，其变化对天线的影响如图4所示.图4只给出了对天线单元1和2隔离度的影响，没有给出单元3和4的情况(这是因为天线单元3和4与上面的两个天线单元空间相距甚远，且被地板上4个缝隙隔开，天线单元3和4具有单元1和2类似的性能).由图4可见，随着W9的增加，天线的低频带宽明显增大，而天线的高频部分几乎未受影响.其原因可结合图1a和图2看出，W9的增加将造成地板枝节与辐射单元间耦合面积增大，谐振电流的回路从而变长，对应的谐振频率变低，相应提高了天线在该频点上的辐射强度，减小了天线在该频点上的回波损耗.W9的增加对天线单元1和2之间的隔离度影响较小，天线单元1和2的隔离度在整个UWB频带上仍小于-20 dB.地板分布电流是引起MIMO天线互耦的重要原因之一.图5给出了天线在谐振频点为3.5，9 GHz时的表面电流分布.从图5a到图5b的变化中可知，加入两个倒L 型结构后，两个倒L枝节上的电流流向趋于正交，天线间的耦合电流被削弱，阻抗匹配得到改善，这些优点在低频部分尤为明显.从图5b到图5c的变化中可知，加入金属带之后，耦合电流的强度进一步减弱，阻抗匹配更好，高频部分的效果更佳.为了改善端口1和端口4，端口2和端口3之间的隔离度，在地板上蚀刻4个尺寸相同的缝隙，作用类似于带阻滤波器 [13],将地板电流聚集于缝隙周围，能够减小地板表面电流对于天线的影响，效果在低频部分尤为明显.图6给出了有无缝隙对天线单元间S参数的影响.图7给出了天线端口1被激励，其他端口接50 Ω匹配负载时，天线在谐振频点为4 GHz和9 GHz时xoz面和yoz面的辐射方向图.由图7可知，仿真和实测的方向图具有良好的一致性.图8给出了4单元天线的峰值增益.由图8可知，随频率升高4单元天线的增益由1.5 dBi增至6.5 dBi.图9为4单元天线的辐射效率.由图9可知，天线的最低效率为55%，绝大部分效率都在80%以上，实现了良好的辐射能量转换，充分满足了无线设备的要求.相关系数表示来自不同信道接收信号时间序列的相关性，是衡量MIMO天线是否适用于MIMO系统的重要参数.相关系数的表达式[14]为图10为4单元天线的相关系数.由图10可见，天线单元间的相关系数远远小于0.5，表示天线具有良好的分集性能.笔者设计并制作了一款紧凑型超宽带MIMO天线，通过使用倒L型地板枝节使地板表面电流趋于正交来降低耦合，使用金属带以及矩形缝隙来提高天线的隔离度.该天线结构简单、易于制作，实现了良好的分集性能，可应用于超宽带的无线局域网.【相关文献】[1] FOSCHINI G J, GANS M J. On limits of wireless communications in a fading environment when using multiple antennas[J]. Wireless Personal, 1998, 6 (3): 311-335. [2] 周杰, 王亚林, 菊池久和. 基于信道模型的MIMO多天线系统性能研究[J]. 安徽大学学报 (自然科学版), 2015, 39 (1): 60-67.[3] 周杰, 江浩. 室内外非对称信道模型及其MIMO研究[J]. 安徽大学学报 (自然科学版), 2013, 37 (5): 51-59.[4] DHAR S K, SHARAWI M S. A UWB semi-ring MIMO antenna with isolation enhancement[J]. Microwave and Optical Technology Letters, 2015， 5 (8): 1941-1946. [5] ZHANG S, LAU B K, SUNESSON A, et al. Closely-packed uwb mimo/diversity antenna with different patterns and polarizations for usb dongle applications[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation 2012, 60 (9): 4372-4380.[6] GAO P, HE S, WEI X, et al. Compact printed UWB diversity slot antenna with 5.5 GHz band-notched characteristics[J]. IEEE Antennas Wireless Propagation Letters, 2014, 13: 376-379.[7] ANTONINO-DAVIU E, GALLO M, BERNARDO-CLEMENTE B, et al. Ultra-wideband slot ring antenna for diversity applications[J]. 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A compact planar MIMO antenna system of four elements with similar radiation characteristics and isolation structure[J]. IEEE Antennas Wireless Propagation Letters, 2009, 8: 1107-1110.[14] BLANCH S, ROMEU J, CORBELLA I. Exact representation of antenna system diversity performance from input parameter description[J]. Electronics Letters, 2003, 39 (9): 705-707.。
一种高隔离度双频MIMO天线
一种高隔离度双频MIMO天线王利红【摘要】文中设计一种具有高隔离度的双频MIMO天线.将两款宽带毫米波天线垂直正交地放置于FR-4介质基板上,得到结构紧凑的双端口极化分集天线和四端口MIMO天线,利用其相互正交的极化方式提高了相邻端口间的隔离度.为了满足双频特性,分别在两天线单元的辐射贴片上刻蚀半圆环形和U形缝隙,地面开了长方形槽.通过HFSS仿真分析表明,所设计的天线可工作在28 GHz(24.5～29 GHz)和39 GHz(36～47 GHz),且在工作频段内具有较好的辐射特性,相邻端口间的隔离度达到了30 dB以上.同时,在天线上方加载了4根金属条作为引向器,提高了天线的增益.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2019(042)005【总页数】4页(P36-39)【关键词】MIMO;双频;高隔离度;毫米波;高增益;极化分集【作者】王利红【作者单位】山西大同大学物理与电子科学学院,山西大同 037009【正文语种】中文【中图分类】TN823-340 引言5G 无线通信系统得到了全球企业、研究院所和高校的广泛关注[1]。
与4G 相比，其主要特点之一就是转向了容易获得且带宽更宽的高频段[2⁃3]，FCC 公布将24 GHz以上频段用于5G 移动宽带运营，分别为[4]28 GHz，37 GHz，39 GHz 和64～71 GHz。
MIMO 技术在无线通信系统中得到了广泛的应用，因此设计一种工作于高频段的毫米波MIMO 天线也成了一个重要的研究方向[5⁃10]。
为了提高天线端口间的隔离度，文献[6⁃7]在天线地面开了长方形槽，结构简单但隔离度只达到20.6 dB 和17 dB。
文献[8]采用EBG 结构去耦的方式，使天线的隔离度达到30 dB，但天线结构较复杂，且为窄频带。
本文设计了两款辐射贴片上刻蚀一定结构缝隙的双频毫米波宽带天线，并组合使其极化方式正交，得到了高隔离度且结构紧凑的双端口极化分集天线和四端口MIMO 天线。
【CN110061765A】一种5G板载双2×2MIMO无线控制系统【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910307172.6(22)申请日 2019.04.17(71)申请人 南京濠暻通讯科技有限公司地址 211106 江苏省南京市江宁区秣周东路9号(72)发明人 孙勇 陈平 (74)专利代理机构 北京华际知识产权代理有限公司 11676代理人 杨觅(51)Int.Cl.H04B 7/0413(2017.01)(54)发明名称一种5G板载双2×2 MIMO无线控制系统(57)摘要本发明公开一种5G板载双2×2MIMO无线控制系统，包括硬件平台、底层驱动模组和上层应用模组；所述硬件平台至少具有两条空闲SPI总线和若干GPIO端口，供电设备与GPIO端口连接，为硬件平台供电；硬件平台上搭载两片AD9371芯片、一AD9528芯片和一F PG A芯片，其中两片AD9371芯片和一AD9528芯片共用第一SPI总线，并通过不同的CS片选信号分别进行控制。
本发明中的板载平台集成2片AD9371芯片，从而支持双2×2(也就是4×4)的MIMO，只需要16个板载平台就可组成64个天线阵列，不仅降低了成本，而且安装空间大大减少，布局也更为紧凑、合理。
权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 110061765 A 2019.07.26C N 110061765A权 利 要 求 书1/1页CN 110061765 A1.一种5G板载双2×2 MIMO无线控制系统，包括硬件平台、底层驱动模组和上层应用模组；其特征在于，所述硬件平台至少具有两条空闲SPI总线和若干GPIO端口，供电设备与GPIO端口连接，为硬件平台供电；硬件平台上搭载两片AD9371芯片、一AD9528芯片和一FPGA 芯片，其中两片AD9371芯片和一AD9528芯片共用第一SPI总线，并通过不同的CS片选信号分别进行控制，AD9528芯片用于为AD9371芯片提供工作时钟信号，FPGA芯片与第二SPI总线进行交互，提供与配置AD9371及前端信道参数相关的功能；所述底层驱动模组包括第一SPI总线设备管理模块、第二SPI总线设备管理模块和GPIO 控制模块，所述第一SPI总线设备管理模块与第一SPI总线通讯，由上层应用模组控制对两片AD9371芯片进行配置，两片AD9371芯片采用不同的副本、相同的配置参数的形式进行配置；所述第二SPI总线设备管理模块与第二SPI总线通讯，驱动板载系统提供的资源实现SPI 总线各芯片设备的读写、GPIO端口的控制，以及为上层应用提供IOCTL接口；上层应用模组通过底层驱动模组提供的IOCTL接口，与第一SPI总线设备管理模块通讯，控制第一SPI总线对AD9371芯片进行读写操作。
天线增益范围
天线增益范围
天线增益是指天线接收或发射信号时相对于一个参考天线的功率增益。
天线增益范围可以根据天线的类型和设计进行变化。
一般来说，天线增益范围可以从几分贝（dB）到数十分贝不等。
以下是一些常见天线的增益范围：
1. 无线电频率范围天线：通常在0 dB（无增益）到20 dB（有方向性天线）之间。
2. 电视天线：VHF范围（30-300 MHz）的天线增益一般在0 dB到10 dB之间，UHF范围（300-3000 MHz）的天线增益一般在5 dB到15 dB之间。
3. 4G移动通信天线：一般在2 dBi到12 dBi之间，根据天线的类型和设计可能会有所不同。
4. 5G移动通信天线：一般在4 dBi到18 dBi之间，根据天线的类型和设计可能会有所不同。
5. 无线网络天线（WiFi）：一般在2 dBi到10 dBi之间，根据天线的类型和设计可能会有所不同。
需要注意的是，天线增益并不是越高越好，高增益的天线通常具有较好的方向性，可以增加天线的覆盖范围和信号质量，但也可能会导致信号的偏移和干扰。
增益范围还受到天线的频率响应、天线设计和材料等因素的影响。
路由器的“2×2”、“3×3”、“4×4”是什么意思？
路由器的“2×2”、“3×3”、“4×4”是什么意思？根据我所知道的回答一下这个问题。
路由器的2×2,3×3,4×4，从直观上讲，就是路由器由多少根天线，以前的路由器都是一根天线，也就是仅支持1*1，现在路由器的天线五花八门，2根、3根、4根，还有像蜘蛛一样的“8根天线”，等等。
很多人有个误区“天线越多，信号越强，天线越多路由器就越好”，其实这个理解稍微有点儿问题，下文慢慢分析。
首先了解一下MIMO无线标准802.1a/b/g，也就是老的54M路由器只有一根天线，802.1n无线标准是个分水岭；自从无线标准802.1n之后，无线wifi开始支持MIMO技术,即多进多出技术，也就是多天线技术，MIMO技术可以说是一种非常有用的技术；2*2就表示路由器由两条天线可以同时收发数据，通常说的双通道技术，3×3就表示路由器有3条天线可以同时收发数据，三通道技术，依次类推，目前有8*8的无线路由器；天线多少与无线速度的关系•下图显示了天线多少与无线接入速率的关系；•从下图可以看出，无线速度与无线频段、信道频段、通道数有关，无线频率越低，信道带宽越低，通道数越少，无线速率越低，但是覆盖范围越广；反之无线频率越高、信道带宽越高、通道数越多，无线速率越高，最高可达6.7G以上，但是覆盖范围越小；•下图显示了常用的2.4G频段和5G频段，通道数与无线速度的关系。
SU_MIMO与MU_MIMO•MIMO技术有两种标准：SU_MIMO和MU_MIMO;•SU_MIMO，单用户MIMO，这样的路由器在同一时间只能有一个设备接收数据，分时使用的，打个比方，一个人看优酷视频、一个人看爱奇艺，虽然两人同一时间开始各自的数据流请求，但是仅有一个人能够获取数据，另一个人必须等待；•MU_MIMO，多用户MIMO，多个用户可以同时与无线路由器交换诗句，并平均分配带宽，不会造成设备之间的互相影响。
一种高隔离度的三阻带超宽带MIMO天线设计
电子元件与材料E l e c t r o n i cC o m p o n e n t s a n dM a t e r i a l s第40卷V o l.40第1期N o.11月J a n2021年2021一种高隔离度的三阻带超宽带M I M O天线设计靳高雅1,杜成珠1,焦哲晶1,杨福慧2(1.上海电力大学电子与信息工程学院,上海200082;2.中电科微波通信(上海)有限公司,上海201802)摘要:针对超宽带传输在无线通信系统中的要求,设计了一种以F R4为介质基板的高隔离度三阻带超宽带M I M O (M u l t i p l e I n p u tM u l t i p l eO u t p u t)天线㊂该天线由两个水平放置的天线单元组成㊂通过在U型辐射贴片上腐蚀两个C 型槽和在馈线两侧增加两个对称的C型枝节阻断了W i M A X㊁W L A N和7.5G H z-X波段的干扰㊂在接地板上引入一个T型隔离枝节实现了高隔离的特性㊂实测结果表明:该天线的工作范围为1.89~12.95G H z,分别在2.12~4.09 G H z,5.18~5.92G H z,7~8.35G H z处形成了三个S11高于-10d B的阻带,并且端口隔离度S21均低于-20d B,峰值增益为6.94d B,包络相关系数E C C均小于0.05,因此在阻断窄带通信的超宽带领域具有良好的应用前景㊂关键词:超宽带天线;三阻带;隔离度;C型槽;T型隔离枝节中图分类号:T N82文献标识码:AD O I:10.14106/j.c n k i.1001-2028.2021.1445引用格式:靳高雅,杜成珠,焦哲晶,等.一种高隔离度的三阻带超宽带M I M O天线设计[J].电子元件与材料, 2021,40(1):93-98.R e f e r e n c e f o r m a t:J I N G a o y a,D U C h e n g z h u,J I A O Z h e j i n g,e ta l.A h i g hi s o l a t i o nt r i p l eb a n d-n o t c h e d u l t r a-w i d e b a n dm u l t i p l e-i n p u t-m u l t i p l e-o u t p u t a n t e n n a[J].E l e c t r o n i c C o m p o n e n t s a n dM a t e r i a l s,2021,40(1):93-98.Ah i g h i s o l a t i o n t r i p l e b a n d-n o t c h e d u l t r a-w i d e b a n dm u l t i p l e-i n p u t-m u l t i p l e-o u t p u t a n t e n n aJ I NG a o y a1,D UC h e n g z h u1,J I A OZ h e j i n g1,Y A N GF u h u i2(1.C o l l e g e o f E l e c t r o n i c s a n d I n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g,S h a n g h a i U n i v e r s i t y o f E l e c t r i c P o w e r,S h a n g h a i200082,C h i n a;2.C E T CS h a n g h a iM i c r o w a v e C o m m u n i c a t i o nC o.,L t d.,S h a n g h a i201802,C h i n a)A b s t r a c t:A t r i p l eb a n d-n o t c h e du l t r a-w i d e b a n d(U W B)m u l t i p l e-i n p u t-m u l t i p l e-o u t p u t(M I M O)a n t e n n ao n F R4 s u b s t r a t ew a sd e s i g n e dw i t hh i g h i s o l a t i o nf o r t h eu l t r a-w i d e b a n dt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y o fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m s.T h e p r o p o s e d a n t e n n a c o n s i s t s o f t w o h o r i z o n t a l l y p l a c e d e l e m e n t s.T h e i n t e r f e r e n c e s o fW i M A X,W L A Na n d 7.5G H z-X b a n d w e r ei n t e r r u p t e db y e t c h i n g t w o C-s h a p e ds l o t so nt h e U-s h a p e dr a d i a t i o n p a t c ha n du s i n g t w o s y m m e t r i c a lC-s h a p e db r a n c h e so nb o t hs i d e so f t h ef e e d e r.H i g hi s o l a t i o n w a sa c h i e v e db y i n t r o d u c i n g aT-s h a p e d i s o l a t i o n b r a n c h o n t h e g r o u n d f l o o r.T h em e a s u r e d r e s u l t s s h o wt h a t t h e p r o p o s e da n t e n n ah a s a-10dB i m p e d a n c eb a n d w i d t h o f1.89-12.95G H z,a n d t h r e e s t o p b a n d sw i t h S11h i g h e r t h a n-10d Ba r e f o r m e da t2.12-4.09G H z,5.18-5.92G H z a n d7-8.35G H z r e s p e c t i v e l y.T h e p o r t i s o l a t i o n(S21)i s l e s s t h a n-20d B.T h e p e a k g a i n i s6.94d B,a n d t h e e n v e l o p e c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t(E C C)i s l e s s t h a n0.05i n t h eo p e r a t i n gb a n d w i d t h.I t h a s a g o o da p p l ic a t i o n p r o s p e c t i n t h e u l t r a-w ide b a n df i e l d f o r t h e i s o l a t i ng n a r r o w b a n d c o m m u n i c a t i o n s.K e y w o r d s:u l t r a-w i d e b a n d a n t e n n a;t r i p l e b a n d-n o t c h e d;i s o l a t i o n;C-s h a p e d s l o t s;T-s h a p e d i s o l a t i o n b r a n c h收稿日期:2020-08-31基金项目:国家自然科学基金(61371022,61704103)通信作者:杜成珠,副教授,博士,研究方向为可穿戴天线㊁超宽带天线等㊂E-m a i l:d u c h e n g z h u@163.c o m㊃94 ㊃电子元件与材料美国联邦通信委员会(F C C )批准3.1~10.6G H z 为民用超宽带频段以来,超宽带无线电技术越来越受到研究学者的关注[1]㊂随着科学技术的发展和人们生活水平的提高,对超宽带天线性能的要求也就越来越高㊂除了宽带㊁低成本㊁小型化㊁易集成等要求外,超宽带系统还要求具有滤波性能,以屏蔽民用超宽带频段范围内其他用途窄带通信的干扰㊂在超宽频应用范围内,现有的通讯系统包括5.15~5.35G H z(W L A N )系统和3.4~3.69G H z (W i M A X )系统等㊂因此,有必要给超宽带天线加入相应的阻带来解决这一潜在问题[2-3]㊂随着第五代移动通信技术(5G )的出现,M I M O技术被广泛认为是研究最多的前沿技术之一㊂它可以有效地扩展系统的信道容量,提高通信质量㊂为解决M I M O 天线单元间的耦合问题,学者们提出了一系列解耦的方法,例如文献[4]和文献[5]中采用的中和线技术㊁文献[6]中的地分支㊁文献[7]中的寄生贴片㊁文献[8]中的缺陷地结构及文献[9]采用超材料来进行天线设计等㊂文献[10-13]采用不同形状的辐射贴片,又通过改变摆放位置㊁增加中和线㊁隔离枝节进行解耦,最终达到了UW B -M I M O 天线的工作要求,但是这些天线都没有对窄带通信的频段进行屏蔽,工作时极易受到干扰㊂文献[14]和文献[15]通过在贴片上分别开C 型槽㊁L 型槽,使天线在满足超宽带的前提下实现了单阻带和双阻带的特性,但面对众多的窄带通信频段,这些设计仍然无法满足需求㊂基于上述研究,本文设计了一种以F R 4为介质基板的三阻带超宽带M I M O 天线㊂通过在U 型辐射贴片上腐蚀两个C 型槽及在馈线两侧增加两个对称的C型枝节来阻断W i M A X ㊁W L A N 和7.5G H z -X 波段的干扰,最后在接地板上引入一个T 型隔离枝节,从而实现了高隔离的特性㊂实测结果表明:该天线在1.89~12.95G H z 工作带宽下可以有效隔离W i M A X ㊁W L A N 和7.5G H z -X 波段的干扰,端口隔离度均小于-20d B ,峰值增益可达6.94d B㊂1 天线结构设计本文所提出的天线结构如图1所示㊂天线介质基板为F R 4,相对介电常数为2.9,损耗角正切为0.002,厚度为0.8m m ㊂天线的整体尺寸(L ˑW )为58.4m mˑ32.4m m㊂图1 天线的结构示意图F i g .1 C o n f i g u r a t i o n o f t h e p r o po s e d a n t e n n a 通过电磁仿真软件A n s o f tH F S S 13对各天线参数的仿真和优化结果如表1所示㊂表1 天线的尺寸天线的设计过程如图2所示㊂首先以两个半圆形单极子天线为基础,通过开U 形槽和在半圆形辐射贴片的两侧增加两个相同的矩形贴片的方法延长了外围的辐射电流路径,从而拓展天线的工作带宽㊂为了将天线的工作带宽进一步拓宽,选择延长接地板上的电流路径,因此在馈线下方的接地板上增加了一个矩形贴片,并通过在这个矩形贴片上开槽的设计来达到超宽带的要求,从而得到了天线Ⅰ的结构㊂其次为了屏蔽窄带通信频段W i M A X (3.4~3.6G H z )和W L A N (5.15~5.825G H z)的干扰,在天线Ⅰ的辐射贴片上刻蚀了两个C 型槽,通过调整C 型槽的位置和长度使其达到了两阻带的效果㊂为了隔离7.5G H z -X 波段的干扰,在馈线的两侧增加对称的C 型枝节,从而实现了具有三阻带特性的天线Ⅱ㊂最后为了使天线Ⅱ有较高的隔离性能,选择在接地板上引入一个T 型隔离枝节来阻断两个天线单元之间的耦合电流,从而得到了天线Ⅲ,天线Ⅲ即本文最终所提出的天线㊂上述设计过程中的天线Ⅰ㊁天线Ⅱ㊁天线Ⅲ的S 11和S 21仿真曲线分别如图3和图4所示㊂靳高雅,等:一种高隔离度的三阻带超宽带M I M O 天线设计㊃95㊃图2 天线设计过程F i g .2 A n t e n n a d e s i gn p r o c e ss 图3 设计过程中的S 11仿真结果F i g .3 S i m u l a t e d r e s u l t s o f S 11i n t h e d e s i gn p r o c e ss 图4 设计过程中的S 21仿真结果F i g .4 S i m u l a t e d r e s u l t s o f S 21i n t h e d e s i gn p r o c e s s 根据最终的优化模型,按照表1中的尺寸进行了天线加工,实物如图5所示㊂2 仿真及实测结果本文使用电磁仿真软件A n s o f tH F S S 13对天线结构及参数进行了仿真分析,并且综合了天线实物的测试结果,对天线的S 参数㊁电流分布图㊁辐射性能㊁增益及E C C 进行了讨论㊂图5 天线实物图F i g .5 P h o t o g r a ph o f t h e f a b r i c a t e d a n t e n n a 2.1 尺寸参数选择产生阻带结构的三个参数进行仿真分析㊂产生阻带的频段理论上取决于辐射贴片上所开C 型槽的位置和长度㊂开槽的长度均按照阻带频点的四分之一波长来设计,当第一个C 型槽的半径R 1发生变化时,该天线的S 11仿真数据如图6所示㊂从图6可以明显看出,随着半径R 1的增大,3.5G H z 处的阻带慢慢向低频方向移动㊂同理,当第二个C 型槽半径R 2发生改变时,仿真结果如图7所示,5.5G H z 处的中频阻带也出现了同样的变化趋势㊂图6 不同尺寸R 1的S 11仿真结果F i g.6 S i m u l a t e d r e s u l t s o f S 11w i t h d i f f e r e n t v a l u e s o f R1图7 不同尺寸R 2的S 11仿真结果F i g.7 S i m u l a t e d r e s u l t s o f S 11w i t h d i f f e r e n t v a l u e s o f R 2㊃96 ㊃电子元件与材料为了隔离7.5G H z -X 波段的干扰,在馈线的两侧增加了对称的C 型枝节,因此选择C 型枝节长度相关的L 11为变量进行讨论分析㊂仿真结果如图8所示,随着L 11的不断增大,高频阻带的频率范围也在向低频方向移动㊂综上所述,当参数R 1㊁R 2㊁L 11中一个参数发生变化时,该参数所对应的阻带频点也会产生相应的变化,而另两个阻带范围所受到的影响几乎很小,因此比较容易实现该天线的三阻带特性㊂图8 不同尺寸L 11的S 11仿真结果F i g.8 S i m u l a t e d r e s u l t s o f S 11w i t h d i f f e r e n t v a l u e s o f L 112.2 S 参数及电流分布图图9为该天线仿真和实测的S 11对比图㊂由图9可以看出,实测结果与仿真结果基本吻合㊂由于实测环境的影响和传输线的损耗,天线实测的低频阻带的范围达到了2.78~3.29G H z ,这与仿真结果相比略有变宽㊂在实测时,天线低于-10d B 的工作带宽达到了1.89~12.95G H z ,并且在2.12~4.09G H z ,5.18~5.92G H z ,7G H z ~8.35G H z 处形成了S 11高于-10d B 的三个阻带,成功地抑制了W i M A X ㊁W L A N 和7.5G H z -X 波段的干扰,实测结果满足天线设计的预期要求㊂图9 天线S 11的仿真与实测值F i g .9 S i m u l a t e d a n dm e a s u r e d S 11o f t h e p r o po s e d a n t e n n a 图10为该天线仿真和实测的S 21对比图㊂在仿真时,天线的S 21值从9.62G H z 开始的高频部分接近-20d B,但实测时这一部分的结果很明显比仿真结果好,高频部分实测甚至达到了-25d B 以下㊂该天线的实测隔离度整体达到-20d B 以下,这一结果要远高于M I M O 天线隔离度低于-15d B 的一般要求㊂图10 天线S 21的仿真与实测值F i g .10 S i m u l a t e d a n dm e a s u r e d S 21o f t h e p r o po s e d a n t e n n a 由于M I M O 天线端口的对称性,在分析天线的电流分布时,选择在左侧端口施加激励,右侧端口接50Ω负载,此时左侧天线单元处于工作状态,仿真得到3.5,5.5和7.5G H z 三个阻带频点的电流分布图,结果如图11所示㊂从图11(a )可以看出,天线工作在3.5G H z 时,电流主要集中在较长的C 型槽附近,因此在此处开槽可以有效在W i M A X 频段形成阻带㊂图11(b )为天线在5.5G H z 时的电流分布,此时电流主要集中在较短的C 型槽附近,在此处破坏电流的流通路径形成了W L A N 频段的阻带㊂图11(c )为天线在7.5G H z 时的电流分布情况,由图可知,此时在C 型枝节上的电流很大,那么其阻抗几乎为零;其他部分的电流很小,那么其阻抗就很大㊂由于阻抗的不匹配从而在7.5G H z -X 波段生成了一个阻带㊂从图11中也可以看出,由于T 型去耦结构的存在,右侧的天线单元上几乎没有产生耦合电流,从而验证了该M I M O 天线具有良好的隔离性能㊂2.3 辐射方向图通过电磁仿真软件A n s o f tH F S S13和S a t i m o 球面远场测量系统对本文提出的天线进行辐射特性的研究㊂当天线工作在4.5,6.5和9G H z 时,E 面和H面仿真和实测辐射方向图如图12所示㊂在4.5G H z时,天线E 面的方向图为 8字状,双向辐射效果明显;在6.5G H z 时,E 面的方向图呈现近 8字状,H 面的方向图接近一个圆,基本可以满足全向性的要求;在高频9G H z 时,由于实测环境和误差导致了辐射效果有所恶化,但是整体仍可以满足要求㊂靳高雅,等:一种高隔离度的三阻带超宽带M I M O 天线设计㊃97㊃图11 天线的电流分布图F i g .11 T h e c u r r e n t d i s t r i b u t i o nm a p o f t h e p r o po s e d a n t e n na 图12 辐射方向图的仿真与实测结果F i g.12 S i m u l a t e d a n dm e a s u r e d r e s u l t s o f r a d i a t i o n p a t t e r n 2.4 增益图13为该三阻带U W B -M I M O 天线的仿真和实测增益对比图㊂从图中可以看出,由于测试环境和实际误差的存在,使实测的增益要低于仿真值,但是在3.5,5.5和7.5G H z 附近,可以看出天线的增益明显降低,这意味着该天线可以有效地隔离W i M A X ㊁W L A N 和7.5G H z -X 波段的信号,最大实测增益可以达到6.94d B㊂图13 增益的仿真与实测结果F i g .13 S i m u l a t e d a n dm e a s u r e d r e s u l t s o f ga i n 2.5 E C C由于M I M O 天线存在多条信道,因此可以采用包络相关系数(E C C )来判断天线单元间的相互依赖程度㊂当M I M O 天线的信号在同向同性环境中传播时,其相关系数计算公式如下:E C C =S *11S 12+S *21S 222(1-S 112-S 212)(1-S 222-S 122)(1)由于M I M O 天线端口对称的特性,即S 11和S 22近似,S 12和S 21近似,因此将S 11和S 21仿真与实测结果代入式(1),最终的E C C 曲线如图14所示㊂由于测试时的电缆损耗和环境影响,实测的E C C 结果要差于仿真结果,但是在整个超宽带频段内其E C C 值均小于0.05,这远远高于对M I M O 天线的要求㊂3 性能比较将本文所提出天线与近几年文献所发表的U W B -M I M O 阻带天线在尺寸㊁带宽㊁阻带范围㊁隔离度㊁增益和E C C 等方面进行了比较,如表2所示㊂通过表2对比可以看出,本文所设计的天线具有较宽的工作频带,较高的隔离度,并且可以同时阻断W i M A X ㊁W L A N 和7.5G H z -X 波段信号的干扰,峰值增益可达到6.94d B㊂㊃98 ㊃电子元件与材料图14 E C C 的仿真与实测结果F i g.14 S i m u l a t e d a n dm e a s u r e d r e s u l t s o f E C C 表2 天线性能参数对比T a b .2 C o m pa r i s o n o f a n t e n n a p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s 文献带宽(G H z )阻带(G H z )隔离度(d B)增益(d B )E C C [10]3.1~10.6<-20<6.5<0.05[11]2.5~12.0<-20<5.1<0.55[12]3.1~11.3<-20<5.2<0.16[13]3~10<-15<5<0.01[14]2.95~11.25.15~5.85<-16<6.43<0.02[15]2.68~12.55.12~5.817.06~8.03<-20<5.2<0.01本文1.89~12.952.12~4.095.18~5.927~8.35<-20<6.94<0.054 结论本文设计了一种以F R 4为介质基板的高隔离度三阻带超宽带M I M O 天线㊂天线由两个水平放置的辐射单元组成,通过开槽和增加寄生枝节有效抑制了W i M A X ㊁W L A N 和7.5G H z -X 波段的干扰,并在地板上增加T 型隔离枝节,从而大大提高了该M I M O 天线的隔离性能㊂实测结果显示,天线的工作带宽为1.89~12.95G H z ,分别在2.12~4.09G H z ,5.18~5.92G H z ,7~8.35G H z 处形成了三个S 11高于-10d B 的阻带,工作频带内的端口隔离度均低于-20d B ㊂此外,对该天线也进行了远场辐射方向图㊁增益和E C C 的仿真和实测,结果表明天线具有良好的辐射性能㊁较高的隔离性能和增益㊂该天线在可抑制窄带干扰信号的超宽带通信领域具有良好的应用前景㊂参考文献:[1]C h e nZ N .D e v e l o p m e n t o fu l t r a -w i d e b a n da n t e n n a s [J ].J o u r n a l o f E l e c t r o m a g n e t i c E n g i n e e r i n g an d S c i e n c e ,2013,13(2):63-72.[2]宋一川,丁君,郭陈江.具有双频陷波特性的超宽带印刷天线研究[J ].微波学报,2013,29(1):65-69.[3]马文韬,丁卫平,石树杰.平面超宽带双陷波天线的设计与实现[J ].军事通信技术,2017,38(2):47-50.[4]L i n g X M ,L iRL .An o v e l d u a l -b a n dM I M Oa n t e n n a a r r a y wi t h l o w m u t u a lc o u p l i n g f o r p o r t a b l e w i r e l e s s d e v i c e s [J ].I E E E A n t e n n a s a n dW i r e l e s s P r o p a ga t i o n L e t t e r s ,2011,10:1039-1042.[5]S uS W ,L e eC T ,C h a n g FS .P r i n t e d M I M Oa n t e n n as ys t e m u s i n g n e u t r a l i z a t i o n -l i n e t e c h n i q u e f o r w i r e l e s s U S B -d o n gl e a p p l i c a t i o n s [J ].I E E ET r a n s a c t i o n s o nA n t e n n a s a n d P r o p a g a t i o n ,2012,60(2):456-463.[6]F e n g Z ,G o n g K ,D i n g Y ,eta l .A n o v e ld u a l -b a n d p r i n t e d d i v e r s i t y a n t e n n a f o rm o b i l e t e r m i n a l s [J ].I E E ET r a n s a c t i o n so n A n t e n n a s a n dP r o p a g a t i o n ,2007,55(7):2088-2096.[7]M a k A C K ,R o w e l lC R ,M u r c h R D .I s o l a t i o ne n h a n c e m e n tb e t w e e n t w oc l o s e l yp a c k e da n t e n n a s [J ].I E E E T r a n s a c t i o n so n A n t e n n a s a n dP r o p a ga t i o n ,2008,56(11):3411-3419.[8]C h i uCY ,C h e n g C H ,Ro w e l lCR ,e t a l .R e d u c t i o no fm u t u a l c o u p l i n g b e t w e e n c l o s e l y -p a c k e d a n t e n n a e l e m e n t s [J ].I E E E T r a n s a c t i o n s o n A n t e n n a s a n d P r o p a g a t i o n ,2007,55(6):1732-1738.[9]A b d a l l a M A ,I b r a h i m A A .C o m p a c t a n d c l o s e l y s pa c e d m e t a m a t e r i a l M I M O a n t e n n a w i t h h i gh i s o l a t i o n f o r w i r e l e s s a p p l i c a t i o n s [J ].I E E E A n t e n n a s a n d W i r e l e s s P r o p a g a t i o n L e t t e r s ,2013,12:1452-1455.[10]王友保,饶跃飞,杨健.一款紧凑型超宽带M I M O 天线设计[J ].安徽大学学报(自然科学版),2017,41(5):46-51.[11]K h a n M S ,C a p o b i a n c oA D ,N a q v iA ,e ta l .P l a n a r ,c o m pa c t u l t r a -w 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一种高隔离度的双阻带超宽带MIMO天线设计
一种高隔离度的双阻带超宽带MIMO天线设计杜成珠;马天驰;焦哲晶【摘要】针对无线通信系统中的超宽带传输要求,设计了一种以FR4为基板的高隔离度的双阻带超宽带MIMO天线.天线由两个辐射单元组成,两个天线辐射单元结构相同,采用了微带馈电的馈电方式.该MIMO天线单元为U型的超宽带单极子天线,通过在天线单元上刻制两个U型槽,使得在天线的工作频率上添加了用于WiMAX和WLAN的阻带.在两个单元天线中间,引入了一条T型地板枝节作为隔离结构,用于改善MIMO天线的隔离度.经网络矢量分析仪测试结果表明,该天线覆盖在2.44～10.75 GHz,且隔离度全部低于-22 dB,拥有较高的隔离度,最大增益为6.76 dB,在实际工程应用当中可以满足UWB无线通信的要求.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2019(038)009【总页数】6页(P71-76)【关键词】MIMO天线;超宽带天线;双阻带;隔离度;U型槽;T型地板枝节【作者】杜成珠;马天驰;焦哲晶【作者单位】上海电力大学电子与信息工程学院, 上海 200082;上海电力大学电子与信息工程学院, 上海 200082;上海电力大学电子与信息工程学院, 上海200082【正文语种】中文【中图分类】TN822+.8移动无线通信技术在二十一世纪高速发展,改变了人类的生活方式,人们对通信质量与速率的要求随之提高,对移动设备的轻巧便携度的要求也越来越高。
通讯系统能否正常工作在一定程度上取决于天线性能的优劣,天线技术的研究意义不言而喻。
提高通信质量与速率的两个关键技术包括多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术[1]和超宽带(Ultra Wideband,UWB)技术。
而超宽带MIMO 天线将MIMO技术和UWB技术结合起来,实现了二者的优缺互补。
对于MIMO天线,如果接收端和发射端的天线互相干扰过于严重,就会引起MIMO 系统性能恶化,然而由于体积的要求,如何在一个狭小的空间内同时布局多个天线单元,并能够保证单元之间的隔离度是一个难题。
一种结构紧凑的高隔离度MIMO_天线
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－３１０６．２０２３．１２．０１５引用格式：黄涛，杨雪霞．一种结构紧凑的高隔离度ＭＩＭＯ天线［Ｊ］．无线电工程，２０２３，５３（１２）：２８４２－２８４８．［ＨＵＡＮＧＴａｏ，ＹＡＮＧＸｕｅｘｉａ．ＡＣｏｍｐａｃｔＭＩＭＯＡｎｔｅｎｎａｗｉｔｈＨｉｇｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＲａｄｉｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２３，５３（１２）：２８４２－２８４８．］一种结构紧凑的高隔离度ＭＩＭＯ天线黄 涛，杨雪霞（上海大学通信与信息工程学院，上海２００４４４）摘 要：提出了一种适用于５Ｇ移动终端的紧凑型高隔离度多输入多输出（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ，ＭＩＭＯ）微带贴片天线。
该天线由２个水平放置的天线单元组成，方形辐射贴片位于介质板的上表面，并由同轴探针直接馈电。
天线仅由单层介质基板构成，厚度为１．５ｍｍ。
天线单元的边到边间距仅为０．０１１λ０（λ０为天线中心频率对应自由空间的波长），紧凑的结构使得天线单元间的耦合非常强烈。
在２个天线单元的上下两侧引入了Ｕ型枝节，通过在Ｕ型枝节上产生与原耦合相抵消的新耦合路径，以提高单元间的隔离度。
实测结果表明，提出的天线反射系数｜Ｓ１１｜＜－１０ｄＢ的频段为３．４７５～３．５２０ＧＨｚ，端口隔离度高于２２ｄＢ，峰值增益为５．９ｄＢｉ，包络相关系数（ＥｎｖｅｌｏｐｅＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ＥＣＣ）小于０．００８。
该去耦结构还可应用于多元贴片天线阵列的解耦。
关键词：紧凑型；高隔离度；多输入多输出；贴片天线；Ｕ型枝节中图分类号：ＴＮ８２２文献标志码：Ａ开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：１００３－３１０６（２０２３）１２－２８４２－０７ＡＣｏｍｐａｃｔＭＩＭＯＡｎｔｅｎｎａｗｉｔｈＨｉｇｈＩｓｏｌａｔｉｏｎＨＵＡＮＧＴａｏ，ＹＡＮＧＸｕｅｘｉａ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｏｍｐａｃｔｈｉｇｈｉｓｏｌａｔｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅ ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｐａｔｃｈａｎｔｅｎｎａｆｏｒ５Ｇｍｏｂｉｌｅｔｅｒｍｉｎａｌｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅａｎｔｅｎｎａｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｗｏｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙｐｌａｃｅｄａｎｔｅｎｎａｅｌｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｓｑｕａｒｅｒａｄｉａｔｉｏｎｐａｔｃｈｉｓｌｏｃａｔｅｄｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｐｌａｔｅａｎｄｉｓｆｅｄｂｙｔｈｅｃｏａｘｉａｌｐｒｏｂｅ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅａｎｔｅｎｎａｉｓｏｎｌｙｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｓｉｎｇｌｅ ｌａｙｅｒｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｕｂｓｔｒａｔｅｗｉｔｈｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ１．５ｍｍ．Ｔｈｅｅｄｇｅ ｔｏ ｅｄｇｅｓｐａｃｉｎｇｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａｅｌｅｍｅｎｔｉｓｏｎｌｙ０．０１１λ０（λ０ｉｓｔｈｅｆｒｅｅ ｓｐａｃｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｎｔｅｎｎａｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｎｔｅｎｎａｅｌｅｍｅｎｔｓｉｓｖｅｒｙｓｔｒｏｎｇ．Ｆｏｒｔｈｉｓｒｅａｓｏｎ，Ｕ ｓｈａｐｅｄｂｒａｎｃｈｅｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｏｎｂｏｔｈｓｉｄｅｓｏｆｔｈｅｔｗｏａｎｔｅｎｎａｅｌｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄａｎｅｗｃｏｕｐｌｉｎｇｐａｔｈｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｏｎｔｈｅＵ ｓｈａｐｅｄｂｒａｎｃｈｔｏｏｆｆｓｅｔｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｓｏｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｔｅｎｎａｃｏｖｅｒｓ３．４７５～３．５２０ＧＨｚｗｈｅｎｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆ｜Ｓ１１｜ｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ－１０ｄＢ．Ｔｈｅｐｏｒｔｉｓｏｌａｔｉｏｎｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎ２２ｄＢ，ｔｈｅｐｅａｋｇａｉｎｉｓ５．９ｄＢｉ，ａｎｄｔｈｅＥｎｖｅｌｏｐｅＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ（ＥＣＣ）ｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．００８．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃａｎａｌｓｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｐａｔｃｈａｎｔｅｎｎａａｒｒａｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐａｃｔ；ｈｉｇｈｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ＭＩＭＯ；ｐａｔｃｈａｎｔｅｎｎａ；Ｕ ｓｈａｐｅｄｂｒａｎｃｈ收稿日期：２０２３－０４－０９基金项目：国家自然科学基金（６２１７１２７０）ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＩｔｅｍ：ＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（６２１７１２７０）０ 引言随着５Ｇ／６Ｇ移动通信的快速发展，人们对高速和高质量数据传输的需求日益增加，多输入多输出（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ，ＭＩＭＯ）技术成为无线通信系统的关键技术。
一种矿用高隔离度三频MIMO_天线设计
一种矿用高隔离度三频MIMO 天线设计董佩佩， 徐艳红， 王安义， 张志文， 白婷婷（西安科技大学 通信与信息工程学院，陕西 西安 710054）摘要：多频多输入多输出（MIMO ）天线由于空间受限，存在单元间距较小产生的强耦合问题。
针对该问题，设计了一种矿用高隔离度三频MIMO 天线。
通过在1个矩形枝节两端加载2个L 型枝节组成三叉戟单极子天线，使天线具有三频特性；将2个三叉戟单极子天线单元对称放置，在2个单元之间的金属地板上加载1个T 型枝节，利用寄生枝节产生的相反电流抵消未加枝节时耦合产生的电流，并蚀刻2个对称的矩形槽，通过改变地板上的电流分布来抑制地板表面波带来的互耦，从而使天线在整个频段内实现高隔离度。
仿真结果表明：该天线工作在1.85～2.70，3.24～3.99，4.65～5.80 GHz 频段，能有效覆盖煤矿井下WiMAX/WiFi/4G/5G NR 工作频段；天线在3个频段内的隔离度分别大于20，22，22 dB ，较去耦合前天线的隔离度分别提高了11，9，10 dB ；包络相关系数小于0.2，具有良好的分集性能；天线在工作频段内增益变化稳定，且全向辐射特性良好。
该天线具有结构简单紧凑、易加工、剖面低的优势，在煤矿无线通信中具有广泛的应用场景。
关键词：煤矿通信；MIMO 天线；高隔离度；三频段；单极子天线中图分类号：TD655.3 文献标志码：ADesign of a mine high isolation tri-band MIMO antennaDONG Peipei, XU Yanhong, WANG Anyi, ZHANG Zhiwen, BAI Tingting(College of Communication and Information Engineering, Xi'an University of Science and Technology,Xi'an 710054, China)Abstract : Due to space limitations, multi frequency multiple-input multiple-output (MIMO) antennas have strong coupling problems caused by small unit spacing. In order to solve the above problems, a mine high isolation tri-band MIMO antenna has been designed. By loading two L-shaped branches at both ends of a rectangular branch to form a trident monopole antenna, the antenna has tri-band features. Two trident monopole antenna units are placed symmetrically. A T-shaped branch is loaded on the metal floor between the two units.The opposite current generated by parasitic branches is used to offset the coupling current without branches. Two symmetrical rectangular slots are etched to suppress the mutual coupling caused by surface waves on the floor by changing the current distribution on the floor. The high isolation of the antenna throughout the entire band is achieved. The simulation results show that the antenna operates in frequency bands of 1.85-2.70, 3.24-3.99, 4.65-5.80 GHz, can effectively covering coal mines' underground WiMAX/WiFi/4G/5G NR operating band. The isolation of the antenna in three bands is greater than 20, 22, 22 dB, respectively. It is 11, 9, 10 dB higher than the isolation of the antenna before decoupling; The envelope correlation coefficient is less than 0.2, indicating good diversity performance. The antenna has stable gain variation within the operating band and good omnidirectional radiation features. This antenna has the advantages of simple and compact structure, easy processing, and low profile. It has a wide range of application scenarios in wireless communication in coal mines.收稿日期：2022-09-29；修回日期：2023-05-18；责任编辑：盛男。
小型化滤波超宽带MIMO_天线
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－３１０６．２０２３．０６．０２１引用格式：李其强，韩晓，杨凯，等．小型化滤波超宽带ＭＩＭＯ天线［Ｊ］．无线电工程，２０２３，５３（６）：１４０９－１４１５．［ＬＩＱｉｑｉａｎｇ，ＨＡＮＸｉａｏ，ＹＡＮＧＫａｉ，ｅｔａｌ．ＭｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄＦｉｌｔｅｒｉｎｇＵｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄＭＩＭＯＡｎｔｅｎｎａ［Ｊ］．ＲａｄｉｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２３，５３（６）：１４０９－１４１５．］小型化滤波超宽带ＭＩＭＯ天线李其强１，韩 晓２，杨 凯１，赵 义１（１．中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄０５００８１；２．中国人民解放军３１５７６部队，北京１００１００）摘 要：基于目前越来越复杂的通信要求，研制了一款具有滤波功能的超宽带ＭＩＭＯ天线。
为实现天线单元的小型化，利用磁壁效应将天线切半，通过在辐射贴片上开λ／４开路谐振器实现双滤波，采用将天线单元旋转正交放置的方式实现单元间的极化隔离。
依据设计结构进行了实物加工及测试，验证了该设计结构的正确性。
天线的反射系数在２．９～１１．５ＧＨｚ均小于－１０ｄＢ，且在该频带内ＥＣＣ＜０．０３，在阻带范围内增益值下降明显，结构尺寸仅为４０．０ｍｍ×４０．０ｍｍ×０．８ｍｍ。
与现有研究成果相比，该结构具有优势。
关键词：小型化；超宽带；ＭＩＭＯ天线；滤波中图分类号：ＴＮ９７１文献标志码：Ａ开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：１００３－３１０６（２０２３）０６－１４０９－０７ＭｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄＦｉｌｔｅｒｉｎｇＵｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄＭＩＭＯＡｎｔｅｎｎａＬＩＱｉｑｉａｎｇ１，ＨＡＮＸｉａｏ２，ＹＡＮＧＫａｉ１，ＺＨＡＯＹｉ１（１．Ｔｈｅ５４ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００８１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｕｎｉｔ３１５７６，ＰＬＡ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｃｏｍｐｌｅｘｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａｎｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄＭＩＭＯａｎｔｅｎｎａｗｉｔｈｆｉｌｔｅｒｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａｕｎｉｔ，ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｗａｌｌｅｆｆｅｃｔｉｓｕｓｅｄｔｏｃｕｔｔｈｅａｎｔｅｎｎａｉｎｈａｌｆ，ｄｏｕｂｌｅｆｉｌｔｅｒｉｎｇｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｏｐｅｎｉｎｇａλ／４ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔｒｅｓｏｎａｔｏｒｏｎｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｐａｔｃｈ，ａｎｄｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｕｎｉｔｓｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｒｏｔａｔｉｎｇｔｈｅａｎｔｅｎｎａｕｎｉｔａｎｄｐｌａｃｉｎｇｉｔｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｌｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｔｅｓｔｉｎｇａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ－１０ｄＢｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ２．９～１１．５ＧＨｚ，ａｎｄｔｈｅＥＣＣｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．０３ｉｎｔｈｉｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂａｎｄ，ｔｈｅｇａｉｎｉｓｒｅｄｕｃｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｗｉｔｈｉｎｔｈｅｓｔｏｐｂａｎｄ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｉｚｅｉｓｏｎｌｙ４０．０ｍｍ×４０．０ｍｍ×０．８ｍｍ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｓｉｍｉｌａｒｒｅｓｕｌｔｓｒｅｐｏｒｔｅｄｐｕｂｌｉｃｌｙ，ｔｈｉｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ；ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ；ＭＩＭＯａｎｔｅｎｎａ；ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ收稿日期：２０２２－１０－２６基金项目：中国博士后科学基金（２０１９Ｍ６６１０５２）ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＩｔｅｍ：ＣｈｉｎａＰｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ（２０１９Ｍ６６１０５２）０ 引言为满足大速率、宽频带通信需求，２００２年ＦＣＣ将３．１～１０．６ＧＨｚ频段划为ＵＷＢ频段［１－２］。
天线基础知识及应用场景
内容
技术参数
电子特性 机械特性
天线性能对比 天线选择建议 天线安装
技术参数
Blah blah blah bl ah
技术参数
电子特性
机械特性
工作频段 输入阻抗 驻波比VSWR 极化方式 天线增益GAIN 辐射方式 水平/垂直波瓣角 下倾角 前后比 旁瓣抑制和零点填充 功率能力 三阶互调 隔离度
在LTE中，由于MIMO技术的使用，通常有2中天线配置方式：2T2R和4T4R。对于 2T2R，建议采用双极化天线；对于4T4R建议采用2个双极化天线，2者之间的距离是 1~2 Lamda ，对于2.6G而言，大约 30~50cm。当存在多个制式共存时，建议采用宽频 天线，从而节省设备商投入以及安装空间。
内容
技术参数
电子特性 机械特性
天线性能对比 天线选择建议 天线安装
Performance Comparison of Antenna
下面介绍双极化天线和单极化天线在不同的系统中的系统对比结果以及典 型应用场景和采用的主要技术： 干扰受限系统 功率受限系统 带宽受限系统
辐射方式
水平/垂直波瓣角 -1
Beamwidth
3dB Beamwidth 10dB Beamwidth
Peak - 3dB
120° (eg)
Peak - 10dB Peak
60° (eg)
Peak
Peak - 3dB
Peak - 10dB
水平/垂直波瓣角 -2
3dB 水平波瓣角
水平/垂直波瓣角 -3
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关于这款天线的改造，再啰嗦几句：如果想作为MIMO天线，只要在原天线上，把馈电匹配线中间切掉一条，在两边分别打眼，就是馈点的位置，就行了。
不要真的把天线锯开，变成2个单独的天线。
见下
图：
当然，你要想把它当初2个天线用，完全可以从中间锯开，其单个天线
的性能也是非常优秀的。
========================================== 有同学要看史密斯图，下面：
===============================
有同学要打印图，做成了，CDR格式，放在图纸一块了。
==============================
前几天出门了，没来论坛，想死你们了！！
先给大家看几张照片养养眼：
转入正题。
本帖接续上周发布的《14db平板天线改造为MIMO双天线》一帖，不清楚前因后果的参照下面帖子：
/bbs/thread-96542-1-3.html。
这次发布的MIMO天线，是在15db优化版超经典平板天线的基础上改造而成。
只是把15db平板天线中间劈开，变成2个平板天线，然后
优化了一下馈点的位置而已。
关于15db平板天线见下面帖子：
隆重推荐——优化版超经典平板天线——增益15db /bbs/thread-96437-1-2.html
先看看仿真结果：
总之，各项指标都优于14db平板改造的MIMO天线。
有11n双天线
路由或网卡的朋友有福了！
尺寸图照例：
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2011-6-9 02:09
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