[發明專利]基于特征模理論的方向圖可重構2端口MIMO天線的設計方法

有效

• 申請號: 201711448441.8
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108172999B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 史琰;李可;張向凡
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q3/34
• 分類號: H01Q3/34;H01Q21/00;H01Q1/50;H01Q1/48
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 張超

本發明涉及一種基于特征模理論的方向圖可重構2端口MIMO天線的設計方法，包括：步驟1，依據特征模理論計算一塊矩形金屬覆銅板的特征模曲線，使其金屬覆銅板的形狀和尺寸在工作頻帶內具有n個特征值為0的諧振模式；其中，n≥3；步驟2，提取上述諧振模式的特征電流，生成特征電流矢量分布圖，其中特征電流矢量分布圖中電流最小點處即為各自模式所對應的饋電點位置，由饋電點位置得到輻射地板的結構和所需的兩組諧振模式；步驟3，在步驟2中兩組諧振模式所對應的饋電點位置處引入所對應的兩組容性耦合單元。步驟4，設計兩個可重構的饋電網絡，分別給步驟3中每組容性耦合單元和輻射地板之間進行饋電以產生激勵電壓激勵所對應的每組諧振模式。

技術領域

本發明屬于通信天線的設計技術領域，具體涉及基于特征模理論的方向圖可重構2端口MIMO天線的設計方法，可用于2.5G Wi-Fi通信頻段的移動終端。

背景技術

隨著移動通信系統的迅猛發展，用戶對于更高通信速率以及更高通信質量的需求與日俱增。MIMO技術應運而生，其通過分別在基站和終端采用多天線的技術實現信號的多徑傳播，進而能夠在不增加工作帶寬的前提下成倍地提高通信速率和系統容量。然而在實際應用中，無線設備通常要工作在動態的環境中。當所工作的環境具有相對較差的系統特性時，具有固定輻射方向圖的MIMO天線系統的容量將受到影響。方向圖可重構的MIMO系統即可解決上述問題。

然而目前針對于方向圖可重構MIMO天線的設計方法一般是通過先設計一個方向圖可重構的天線單元，然后將幾個相同的天線單元間隔一定距離排布來實現最后的可重構MIMO天線。其中還需要一定的隔離技術來降低天線單元之間的耦合。這種設計方法存在的問題是多個天線單元占用了很大的物理空間，不滿足實際的應用。而且隔離技術的引入不僅使得天線結構變得更加復雜，且并不能實現天線單元之間的完全正交。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于特征模理論的方向圖可重構2端口MIMO天線的設計方法，以便簡化MIMO天線系統結構，提高天線系統的隔離效果。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于特征模理論的方向圖可重構2端口MIMO天線的設計方法，其特征是：至少包括以下步驟：

步驟1，依據特征模理論計算一塊矩形金屬覆銅板的特征模曲線，使其金屬覆銅板的形狀和尺寸在工作頻帶內具有n個特征值為0的諧振模式；其中，n≥3；

步驟2，提取上述諧振模式的特征電流，生成特征電流矢量分布圖，其中特征電流矢量分布圖中電流最小點處即為各自模式所對應的饋電點位置，由饋電點位置得到輻射地板的結構和所需的兩組諧振模式；

步驟3，在步驟2中兩組諧振模式所對應的饋電點位置處引入所對應的兩組容性耦合單元。

步驟4，設計兩個可重構的饋電網絡，分別給步驟3中每組容性耦合單元和輻射地板之間進行饋電以產生激勵電壓激勵所對應的每組諧振模式。

所述的步驟2包括：所述兩組諧振模式包括在輻射地板的短邊中間位置具有相同饋電點位置的第一模式和第八模式，以及在輻射地板的長邊中間位置具有相同饋電點位置的第一模式和第六模式。

所述的步驟3中所述的兩組容性耦合單元包括第一容性耦合單元、第二容性耦合單元、第三容性耦合單元、第四容性耦合單元；其中選擇第一容性耦合單元和第二容性耦合單元為具有4mm×16mm尺寸的矩形金屬片，第一容性耦合單元和第二容性耦合單元位于第一模式和第八模式相同的饋電點位置，且距離輻射地板的空隙為4mm；而選擇第三容性耦合單元和第四容性耦合單元為具有28mm×4mm尺寸的矩形金屬片，它們位于第一模式和第六模式相同的饋電點位置，且距離輻射地板空隙也選擇為4mm。

步驟4包括：