子阵级密集MIMO阵列性能分析及试验验证

相比单元级密集多输入多输出(MIMO)阵列的处理复杂度,子阵级密集MIMO阵列更具工程应用前景。针对已有文献分析均基于单元级密集MIMO阵列的不足,文中首先理论推导出了子阵级密集MIMO阵列的归一化方向图函数,然后阐述了其与单元级密集MIMO阵列在虚拟孔径形成上的本质差异,并分别与单元级密集MIMO阵列和相控阵(PA)进行了信噪比、测角精度和角分辨率等性能的对比分析,最后搭建试验平台验证了理论分析的正确性。     

互耦效应对超大规模MIMO天线系统信道容量的影响

超大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)天线系统是6G的关键技术,由于天线单元间距很小,多个天线单元的互耦效应是影响其性能的因素之一。建立了基于石墨烯基贴片天线阵列-子阵列架构的超大规模MIMO天线系统,推导出了互耦效应影响下的信道容量表达式。通过电磁场数值计算仿真了超大规模MIMO天线系统的信道容量,结果表明,在不考虑互耦效应时,超大规模MIMO天线系统的信道容量与子阵列天线单元数、子阵列数以及发射机功率正相关;在互耦效应的影响下,系统的信道容量降低,互耦效应的强弱与子阵列天线单元的间距有关,天线单元间间距越小,相邻天线间的互耦效应越明显,系统的信道容量越小。该仿真结果可以为6G中超大规模MIMO天线系统的设计提供参考。     

四元超宽带高隔离MIMO槽天线的设计

提出了一款基于FR4的共面波导(CPW)馈电四元超宽带(UWB)高隔离MIMO天线。该天线由4个单元槽天线组成,天线尺寸为65 mm×65 mm×0.8 mm。通过采用缺陷地结构和切角的方式实现了天线的超宽带特性。单元天线相互垂直放置实现了极化分集,同时在天线中间加载隔离栏栅结构,增加了天线的隔离度。对天线进行加工测试,测试结果能覆盖2.86～11.1 GHz并在频段内隔离度大于20 dB,天线具有高隔离、超宽带和较低的包络相关系数(ECC<0.006)的特点。天线采用(CPW)的馈电形式,更易应用于集成电路中,适用于各种超宽带系统。     

一种提高微带MIMO 天线端口隔离度的新方法

多输入多输出(MIMO) 无线通信系统已经成为提高通信系统可靠性和数据传输速率的有效技术。MIMO 通信系统中,终端天线的性能对系统通信容量的提升至关重要。为了提高天线端口隔离度,提出了一种在微带天线辐射贴片上加载缝隙阵列实现天线极化分集,提高天线隔离度的方法,并且将这种方法应用于两个2 单元微带MIMO 天线设计中,取得了良好的效果。缝隙阵列加载不但抑制了微带MIMO 天线单元间的耦合,而且产生了更多谐振频点,改善了高频谐振频点畸变的天线辐射方向图,并且天线尺寸也得到了很大的减缩。最后对比分析了设计的两个微带MIMO 天线,实测结果与仿真计算比较可知,在工作带宽内,单元天线间耦合得到了非常有效的抑制。这种在平面天线辐射贴片加载缝隙阵列改变天线极化方向的技术可以很好地用来抑制多天线系统中单元天线间的耦合,而且对天线的其他性能不会造成影响。     

微带馈电的圆柱形介质谐振器天线阵

提出了一种新型的圆柱形介质谐振器天线单元及其阵列设计.天线单元采用带有十字枝节终端的微带线进行馈电,在高介电常数的情况下,通过调节十字形终端枝节的设计和相对位置,获得较宽的阻抗带宽.基于此单元设计,研制了一个2×2元圆柱形介质谐振器天线阵,获得了4.2%的实测阻抗带宽和约11dBi的仿真增益.     

一种用于5G 移动通信终端的双频MIMO天线系统

为满足5G 移动通信系统对信道容量的要求,提出了一种应用于5G 移动终端的双频多输入多输出(MIMO)天线系统。它由沿移动终端两个长边垂直放置的八个天线单元组成。该天线系统可以覆盖中国工业和信息化部(MIIT)所规划的3.3 ~ 3.6 GHz 和4.8 ~ 5 GHz 两个频段,且低频段和高频段的天线效率分别高于61% 和50%。通过优化各天线的相对位置和放置方向,使得各端口之间的隔离度优于15 dB。为更好评估天线系统性能,计算了MIMO天线的包络相关系数(ECC)和信道容量(CC)。所得该MIMO 天线系统在工作频段内ECC均小于0.1,且信道容量峰值可以达到36.8 bps/ Hz。同时,制作并测量了MIMO 天线样品,测试结果与仿真结果表现出良好的一致性。     

应用于5G的高隔离宽带MIMO手机天线设计

为满足5G移动通信的需求,文中设计了一款宽频带天线单元,并基于此分别提出了4×4和8×8多输入多输出(MIMO)手机天线。两个天线单元“背对背”紧密放置组成一个自去耦天线对,4×4 MIMO手机天线由两个天线对构成。天线结构简单、尺寸紧凑,可以覆盖3.3～6.6 GHz的工作频带,隔离度优于15.5 d B。在4×4 MIMO手机天线的基础上,保持天线单元结构不变,通过合理布局,将四个天线单元与天线对内的天线单元分别“背对面”放置构成8×8 MIMO手机天线。仿真和测试结果表明,该天线在3.4～6.1 GHz的工作频带内各天线单元间隔离度优于15 d B,满足实际工程需求,同时,文中分析讨论了单手持模式下的天线性能。     

MIMO的天线系统设计

系统地描述了MIMO分集性能衡量指标,并对空间分集、方向图分集、极化分集进行了概念描述。进而根据MIMO系统天线设计的要求和特点,结合新型MIMO系统天线单元和天线阵列,分析了其设计思路,同时重点设计了一种用于MIMO系统的终端阵列天线,即单层矩形切角贴片天线,并对其S 参数和方向图进行了模拟和分析。模拟结果对合理设计MIMO系统发射和接收端天线阵列具有现实意义。     

移动终端中多天线隔离技术的专利分析

随着LTE和4G系统发展的需要,移动终端需要配置多个可独立工作的天线。如何减小移动终端中多个天线之间的耦合,提高天线单元之间的隔离度成为MIMO天线设计的难点和重点。本文通过对移动终端中多天线隔离技术在国际、国内的专利申请情况以及对多天线隔离技术发展的主要分支进行分析,对于本领域技术人员理解和应用该项技术具有重要意义。     

一种基于WiFi 6E的高增益偶极子阵列天线

提出了一种新型的2×2高增益阵列天线.该天线主要由四个结构相同的宽带偶极子天线单元和功率分配网络组成.天线单元通过铜柱和功率分配器相连,功率分配器采用典型的一分四T型功分器,使天线单元获得大增益和相同的辐射方向图.仿真结果表明该阵列天线在WiFi 6E频段(5.92-7.12Ghz)内的最高增益达到13dBi,中心频点...     

高光束质量大功率半导体激光阵列的微通道热沉

针对现有高光束质量大功率半导体激光阵列内部发光单元条宽、填充因子不断减小,腔长不断增加的发展趋势所带来的热源分布及长度变化影响器件热阻的问题,利用分离热源边界条件结合商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT进行数值计算,获得微通道热沉热阻随阵列器件发光单元条宽、空间位置变化关系以及不同阵列腔长对应的微通道优化长度.根据优化参数制备获得尢氧铜微通道热沉,并对宽1 cm,腔长1 mm,条宽100μm,填充因子为25%的半导体激光阵列进行散热能力测试,冷却器外形尺寸27 mm×11 mm×1.5 mm.微通道热沉热阻0.34 K/W,能够满足半导体激光阵列器件高功率集成输出的散热需求.     

毫米波宽带双陷波MIMO天线设计

为有效抑制部分毫米波通信信号干扰,实现无线通信设备小型化,设计了一款具有双陷波特性的毫米波宽带MIMO天线。天线基本单元由辐射单元、微带馈线、Rogers RO4350B基板以及接地板构成。通过在天线辐射贴片刻蚀U型槽,以及接地板添加倒U型枝节,可在工作频段内产生双陷波特性;进一步在接地板引入圆形开槽使MIMO天线获得良好的隔离度。该天线结构紧凑,尺寸仅为26.7 mm×16.67 mm×1.524 mm,工作于21～40 GHz频段,其中陷波频段为22.04～24.72 GHz和25.96～31.2 GHz。结果表明：该天线在工作频段内隔离度大于20 dB,最大增益可达8.49 dBi,包络相关系数(ECC)均小于0.002,具有良好的辐射和增益性能,在毫米波超宽带通信中具有应用潜力。     

一种紧凑型MIMO超宽带缝隙天线设计

设计了一种紧凑型的MIMO超宽带缝隙天线。该天线不采用任何解耦结构可以获得较高的隔离度。通过应用位置不对称的天线单元和缝隙天线来实现,这种结构可以减小天线的尺寸,设计的超宽带天线尺寸为15mm×20mm。测量结果表明,超宽带天线在3.1~12.0GHz内保持良好的全向辐射特性和稳定的增益,测量阻抗隔离比大于24dB。相关系数(ECC)和信道容量损失(CCL)都在可以接受的范围内。该天线可应用于超宽带通信系统中。     

一种低剖面宽带天线阵设计

以印刷偶极子天线为阵元,令功分网络与阵元垂直交互放置,以降低阵列剖面高度,并结合紧耦合阵列思想,优化天线参数,最终实现L频段(0.8~2 GHz)8×8低剖面宽带阵列天线的设计。单列1×8天线子阵,阵元依E面排列,阵元间距设计为100 mm,可通过1个一分八功分器合成输出。扩展为8×8规模阵列,列间距设计为84 mm,可满足全频段(0.8~2 GHz)水平面±45°范围的扫描需求。仿真结果显示,该8×8阵列在水平面±45°扫描时,最大有源驻波小于2.5,阵列法向增益大于16.2 dBi。该阵列尺寸为648 mm×800 mm×64 mm,阵列口径效率优于90%。加工制作了单列1×8天线子阵,子阵尺寸为70 mm×800 mm×64 mm。测试结果与仿真数据吻合,测试结果显示,该天线子阵在0.8~2 GHz频段内驻波小于2.5,增益优于10 dBi。     

Ka波段高效微带阵列天线

本文研究了由于互耦影响而导致的Ka波段微带阵列天线口径效率低下的问题,通过分析馈电网络及天线的电场分布,提出了一种将馈电层各个馈电终端隔离以及辐射贴片的介质沿E面断开的方法,该方法有效地抑制了微带阵列天线单元间的互耦,提高了天线口径效率.实际设计了一个4×4微带阵列天线,并通过实物测试进行对比验证,结果表明微带阵列天线...     

一种高隔离度的双阻带超宽带MIMO天线设计

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。     

基于同心圆环的大间距子阵级阵列栅瓣抑制

适当增加单元间距和应用子阵级阵列有利于降低相控阵的设计成本, 但是阵列的稀疏会带来不期望的栅瓣.为解决该问题, 设计了一种无栅瓣阵列:子阵在平面内旋转, 围绕阵列中心呈同心圆环分布.为保证子阵之间不会交叠, 对圆环半径范围进行了分析.利用一种改进的穷举算法, 对每一层圆环上的子阵个数以及圆环半径进行了计算机仿真优化.结果表明, 以4×4子阵共1 024个单元为例, 所提方法可抑制峰值旁瓣电平约-17.48 dB.     

一种简便的MIMO阵列雷达CFAR检测器

本文提出了一种适用于MIMO阵列雷达的简便的CFAR检测器,它利用了MIMO阵列雷达观测空间维数高的特点,通过直接滤除杂波干扰子空间的方式抑制杂波和干扰。该检测器的简便性在于杂波子空间可以离线估计与存储,而干扰子空间的估计也只需在低维空间上进行,而其原因是在估计杂波和干扰子空间时没有利用距离参考单元观测样本,而是利用了已知的系统参数、杂波子空间结构以及干扰协方差矩阵的模块对角性质。仿真结果表明,在杂波的理想模型条件下,选择适当的估计方法可以获得较高的杂波子空间估计精度,由此得到的CFAR检测器的性能也非常接近于已知杂波干扰子空间条件下的检测性能。      

超宽带检测系统中的小尺寸阵列天线设计

本文介绍了一款小尺寸超宽带平板天线的设计及其阵列排布.天线采用四分叉形状发射极子,底部接地板开矩形槽的结构,有效调节天线的辐射方向和带宽.经仿真测试,天线满足超宽带检测系统中要求的5GHz～7GHz带宽.并将尺寸缩减到16mm×16mm,易于阵列集成.     

紧凑型4×4单元超宽带MIMO缝隙天线设计

为了更好地实现移动终端天线小型化,提出了一种具有较高单元间隔离度的紧凑型超宽带（multiple input multiple output,MIMO）天线。该天线无需任何解耦网络,通过阶梯形缝隙结构来实现各个天线单元。采用的阶梯形缝隙天线不仅减少了天线的尺寸,而且具有定向辐射行为,从而形成较高的高隔离度。提出的天线尺寸为23×23mm3。测量结果表明,提出的超宽带MIMO天线在3 GHz-10.9 GHz频谱中能够产生较好的多向辐射特性（S11≤-10dB）,阻抗隔离大于20dB,包络相关系数和信道容量损耗的容许界限保证了良好的MIMO性能。