基于特征模分析的方向图可重构MIMO天线的设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于特征模分析的方向图可重构MIMO天线的设计方法，包括：根据特征模理论分析一块矩形金属辐射贴片的特征值，并选取在工作频段内特征值为0的谐振模式；根据实际需求选择所要激发的模式，并根据特征电流分布确定将电流最大点设置为各自模式对应的馈电点位置；设计馈电结构；设计第一馈电网络；设计第二馈电网络；将第一馈电网络与第二馈电网络通过同轴线连接。本发明专利技术以矩形金属辐射贴片作为辐射体，选择性激励不同的模式来实现方向图可重构的功能，因此，天线结构简单并且容易加工；本发明专利技术中四种状态下的MIMO天线系统是通过激励多个特征模实现的，由于特征模之间具有完全的正交性，本发明专利技术中MIMO天线系统具有很好的隔离度。的隔离度。的隔离度。

【技术实现步骤摘要】
基于特征模分析的方向图可重构MIMO天线的设计方法


[0001]本专利技术涉及天线技术和天线通信
，尤其是一种基于特征模分析的方向图可重构MIMO天线的设计方法。

技术介绍

[0002]无线通信技术的快速发展使得用户对更高通信速率和更好的通信质量的要求与日俱增。天线作为无线通信系统的必要组成部分,伴随着高速率、多功能、低成本和轻重量等要求，其设计面临巨大的挑战。方向图可重构MIMO技术可以有效对抗多径衰落，提高通信性能，有效减弱噪声干扰，从而提高信号的传送质量。因此，可以很好的解决上述问题。
[0003]然而，目前的方向图可重构MIMO天线系统通常是采用多个天线单元来实现不同的辐射方向图，因此会相应增加天线的体积，并且天线单元之间的耦合也需要引入隔离技术来降低耦合，因此，天线将会变得更加复杂，无法满足实际的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种结构简单、方便加工，具有良好隔离效果的基于特征模分析的方向图可重构MIMO天线的设计方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于特征模分析的方向图可重构MIMO天线的设计方法，该方法包括下列顺序的步骤：
[0006](1)根据特征模理论分析一块矩形金属辐射贴片的特征值，并选取在工作频段内特征值为0的谐振模式；
[0007](2)根据实际需求选择所要激发的模式，并根据特征电流分布确定将电流最大点设置为各自模式对应的馈电点位置；
[0008](3)设计馈电结构：矩形金属辐射贴片设置在第一介质基板的正面上，在矩形金属辐射贴片上的所需谐振模式各自对应的馈电点位置处引入6个平衡电感耦合激励单元BIE；所述馈电点是指在矩形金属辐射贴片四条边的边沿处设置的第一、二、三、四、五、六馈电点p1、p2、p3、p4、p5、p6；
[0009](4)设计第一馈电网络：在第一介质基板的背面设置为6个第一功分器；
[0010](5)设计第二馈电网络：在第二介质基板的正面上设置1个第二功分器和1个第三功分器；
[0011](6)将第一馈电网络与第二馈电网络通过同轴线连接。
[0012]所述步骤(3)具体是指：所述每个平衡电感耦合激励单元BIE由两个非谐振半环组成，6个平衡电感耦合激励单元BIE分别位于矩形金属辐射贴片的四条边的边缘，每个长边设置2个平衡电感耦合激励单元BIE，每个短边设置1个平衡电感耦合激励单元BIE，平衡电感耦合激励单元BIE依次穿过矩形金属辐射贴片和第一介质基板，且通过集总电容器与第一馈电网络的6个第一功分器连接。
[0013]所述步骤(4)具体是指：所述第一介质基板的背面设置6个第一功分器，所述第一
功分器采用一分二威尔金森功分器，第一功分器a1、a2、a3、a4、a5、a6的输入端分别与第一、二、三、四、五、六馈电点p1、p2、p3、p4、p5、p6一一对应，第一功分器a1、a2、a3、a4、a5、a6的输出端均分为两路，一路连接集总电容器，另一路上设置第一半波长相位延迟线且通过第一半波长相位延迟线连接集总电容器；第一介质基板沿其长度方向上设置4个一分二威尔金森功分器，第一介质基板沿其宽边方向上设置2个一分二威尔金森功分器。
[0014]所述步骤(5)具体是指：所述第二功分器为一分四功分器，所述一分四功分器包括第一输入端口p7、第一可调开关w1、第二可调开关w2、第三可调开关w3、第四可调开关w4、第一输出端口p1
’
、第二输出端口p2
’
、第三输出端口p3
’
、第四输出端口p4
’
，所述第三可调开关w3和第四可调开关w4之间设置第二半波长相位延迟线，第三可调开关w3通过第二半波长相位延迟线与第四可调开关w4连接；所述第三功分器为一分二功分器，所述一分二功分器包括第二输入端口p8、第五可调开关w5、第六可调开关w6、第七可调开关w7、第八可调开关w8、第五输出端口p5
’
、第六输出端口p6
’
，所述第七可调开关w7和第八可调开关w8之间设置第二半波长相位延迟线，第七可调开关w7通过第二半波长相位延迟线与第八可调开关w8连接；所述第一输出端口p1
’
、第二输出端口p2
’
、第三输出端口p3
’
、第四输出端口p4
’
、第五输出端口p5
’
、第六输出端口p6
’
分别与第一、二、三、四、五、六馈电点p1、p2、p3、p4、p5、p6一一对应相连。
[0015]所述步骤(6)具体是指：将一分四功分器的四个输出端口通过同轴线与第一馈电网络中长边的四个功分器相连接；一分二功分器的两个输出端口与第一馈电网络中短边的两个功分器相连接。
[0016]所述平衡电感耦合激励单元BIE垂直设置在所述矩形金属辐射贴片上，所述矩形金属辐射贴片上相对的两条边上的平衡电感耦合激励单元BIE对称布置。
[0017]所述集总电容器为0.2pF的匹配电容。
[0018]由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果为：第一，本专利技术的方向图可重构MIMO天线的设计方法是基于特征模理论设计的，以矩形金属辐射贴片作为辐射体，选择性激励不同的模式来实现方向图可重构的功能，因此，天线结构简单并且容易加工；第二，本专利技术中四种状态下的MIMO天线系统是通过激励多个特征模实现的，由于特征模之间具有完全的正交性，所以本专利技术中设MIMO天线系统具有很好的隔离度。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的方法流程图；
[0020]图2是本专利技术中矩形金属辐射贴片的前十个特征值曲线示意图；
[0021]图3是本专利技术中前十个模式对应的特征电流分布图；
[0022]图4是本专利技术中平衡电感耦合激励单元的结构示意图；
[0023]图5是本专利技术中天线在xyz坐标下的的结构示意图；
[0024]图6是本专利技术中第一馈电网络的结构示意图；
[0025]图7是本专利技术中第一馈电网络的六个端口的S参数曲线图；
[0026]图8是本专利技术中第二馈电网络的结构示意图；
[0027]图9(a)是本专利技术中第二馈电网络中当可调开关w1和可调开关w2导通，可调开关w3和可调开关w4断开时，一分四功分器对应的输出幅度和相位示意图；
[0028]图9(b)是本专利技术中第二馈电网络中当可调开关w1和可调开关w2断开，可调开关w3和可调开关w4导通时，一分四功分器对应的输出幅度和相位示意图；
[0029]图9(c)是本专利技术中第二馈电网络中当可调开关w5和可调开关w6导通，可调开关w7和可调开关w8断开时，一分四功分器对应的输出幅度和相位示意图；
[0030]图9(d)是本专利技术中第二馈电网络中当可调开关w5和可调开关w6断开，可调开关w7和可调开关w8导通时，一分四功分器对应的输出幅度和相位示意图；
[0031]图10(a)是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于特征模分析的方向图可重构MIMO天线的设计方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：(1)根据特征模理论分析一块矩形金属辐射贴片的特征值，并选取在工作频段内特征值为0的谐振模式；(2)根据实际需求选择所要激发的模式，并根据特征电流分布确定将电流最大点设置为各自模式对应的馈电点位置；(3)设计馈电结构：矩形金属辐射贴片设置在第一介质基板的正面上，在矩形金属辐射贴片上的所需谐振模式各自对应的馈电点位置处引入6个平衡电感耦合激励单元BIE；所述馈电点是指在矩形金属辐射贴片四条边的边沿处设置的第一、二、三、四、五、六馈电点p1、p2、p3、p4、p5、p6；(4)设计第一馈电网络：在第一介质基板的背面设置为6个第一功分器；(5)设计第二馈电网络：在第二介质基板的正面上设置1个第二功分器和1个第三功分器；(6)将第一馈电网络与第二馈电网络通过同轴线连接。2.根据权利要求1所述的基于特征模分析的方向图可重构MIMO天线的设计方法，其特征在于：所述步骤(3)具体是指：所述每个平衡电感耦合激励单元BIE由两个非谐振半环组成，6个平衡电感耦合激励单元BIE分别位于矩形金属辐射贴片的四条边的边缘，每个长边设置2个平衡电感耦合激励单元BIE，每个短边设置1个平衡电感耦合激励单元BIE，平衡电感耦合激励单元BIE依次穿过矩形金属辐射贴片和第一介质基板，且通过集总电容器与第一馈电网络的6个第一功分器连接。3.根据权利要求1所述的基于特征模分析的方向图可重构MIMO天线的设计方法，其特征在于：所述步骤(4)具体是指：所述第一介质基板的背面设置6个第一功分器，所述第一功分器采用一分二威尔金森功分器，第一功分器a1、a2、a3、a4、a5、a6的输入端分别与第一、二、三、四、五、六馈电点p1、p2、p3、p4、p5、p6一一对应，第一功分器a1、a2、a3、a4、a5、a6的输出端均分为两路，一路连接集总电容器，另一路上设置第一半波长相位延迟线且通过第一半波长相位延迟线连接集总电容器；第一介质基板沿其长度方向上设置4个一分二威尔金森功分器，第一介质基板沿其宽边方向上设置2个一分二威尔金森功分器。4.根据权利要求1所述的基于特征模分析的方向图可重构MIMO天线的设计方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：程光尚，田敏敏，黄志祥，杨利霞，刘银燕，
申请(专利权)人：池州信安电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：