文摘

共面波导(CPW)美联储双频多输入多输出(MIMO)天线2.45/5.5 GHz无线局域网(WLAN)应用程序提出了。提出了MIMO天线由两个相同的梯形辐射元素互相垂直。整个天线系统天线的大小是50×50×1.59毫米3FR4基板上印刷。提出了天线的阻抗带宽测量是2.25 -3.15 GHz -5.95和4.89 GHz,可以覆盖IEEE 802.11 a / b / g频段。介绍了矩形微带存根实现良好的隔离小于操作频带−15分贝。测量峰值增益为5.59 5.63 2.45 GHz和dBi dBi 5.5 GHz。测量天线效率是77.8%和80.4%的低和高频段,分别。ECC值较低和较高的频率低于0.003和0.01,分别。

1。介绍

现代无线通信系统的发展需要高技术和高可靠性的数据传输。由于频谱资源的限制,无线通信技术有更高的要求。自从有了移动终端、无线通信系统设计和放置许多内部天线在一个有限的空间仍然是一个巨大的挑战。双频天线是一种减少天线数量的终端解决方案。许多双频移动终端天线结构已报告,包括钩子型带状结构(1),一个环开环谐振器喂养元素和一个丁字形的辐射单元(2),和衬底集成悬线结构3]。

多输入多输出天线近年来被广泛研究,可以提高信道容量和数据传输速率4- - - - - -14]。由于使用多口结构,将许多天线元素接近彼此将增加的元素之间的相互耦合,影响MIMO天线的性能。需要解耦结构来提高散热器的元素MIMO天线之间的隔离。近年来,许多解耦技术已经提出,包括叛逃地面结构(4,5),电磁能带结构(6,7],开口槽[8),π型解耦结构(9,中性线(10]。在[11],stub-loaded弯折线天线加载与开口环谐振器(从)安排在环的形式加强隔离17 dB在2.4 GHz。在[12),通过共享一个共同的接地分支的两个相邻天线元素,一双紧凑self-decoupled天线可以获得。

有很多技术来实现双频天线天线。例如,微带换行天线和两个四分之一波长槽用作天线元素达到高辐射效率下双乐队(15]。在[5),一种新型双频频率可重构天线patch-slot天线基于微带馈线设计,体积小,强烈的隔离。倒F结构实现双频天线天线是一个很好的方式(16- - - - - -18]。在[16),一个倒f形散热器是用来实现双频MIMO天线,通过蚀刻来实现更好的阻抗匹配两个u形缝在50Ω馈线。共面波导(CPW)饲料结构是一个单排结构,可以实现一个更大的带宽。目前,许多CPW-fed双频MIMO天线已经提出,如圆偏振平面槽天线(19和双极化loop-slot平面天线20.]。

摘要CPW-fed双频天线天线适合WLAN应用程序。提出了天线由两个梯形辐射元素,两个矩形狭缝,一个l型狭缝,叛逃地平面。矩形狭缝和l型狭缝用来获得良好的阻抗匹配在低和高频段,分别。参数研究进行了进一步的调查机制提出了天线。

2。天线的几何形状和设计

提出CPW-fed双频MIMO天线的几何图所示1。天线是与相对介电常数FR4基板上制作的εr4.4、损耗角正切δ0.02,和1.59毫米的厚度。辐射元素,叛逃的地面,隔离结构都是印在一边的基质。生产天线的照片如图2。


图1
几何形状的天线。

图2
生产天线的照片。

两个相同的天线元素互相垂直。天线元素是由共面波导。数据信号的宽度线是3毫米。一块梯形的辐射单元由两个矩形狭缝,一个l型狭缝和一个半圆的狭缝。l型狭缝和矩形狭缝可以实现较低的阻抗匹配和更高的频段,分别。地平面的长度l1,一个矩形存根的长度W8的宽度l5介绍了在地平面中间提高两个辐射元素之间的隔离。

调查的影响关键参数对该天线的频带,参数研究是通过改变天线尺寸的值。介绍了天线的电流分布在不同的频段如图3。大部分的表面电流集中在l型狭缝和垂直矩形狭缝在2.45 GHz。在5.5 GHz,电流主要集中在两个矩形狭缝。因此,我们可以调整矩形狭缝的尺寸和l型狭缝来优化天线的性能的关键。图4说明了提出了天线的反射系数的值不同W6和W14,分别。在图4(一),它可以观察到的价值W6主要影响低频段。图4 (b)显示的效果不同W14在更高的频率值。的最优值W6和W14分别为2.1毫米和7.2毫米,。

(一)
(一)
(b)
(b)
图3
表面电流分布在2.45 GHz (a)和(b) 5.5 GHz。
(一)
(一)
(b)
(b)
图4
模拟反射系数的不同的值(一个)W 6和(b)W 14。

强者之间的隔离两个天线元素主要是通过引入矩形存根和叛逃的地面结构。MIMO天线的隔离性能有无矩形存根如图5。显然可以看出,隔离是增强与矩形存根在操作乐队。列出了该天线的最终尺寸表1。


图5
MIMO天线的隔离性能有无矩形存根。
表1
提出了天线的尺寸(单位:毫米)。

3所示。结果与讨论

图6显示了模拟和测量参数。有一个小测量结果与仿真结果之间的差异,这可能是由测量误差引起的。从测量结果,我们可以看到,与反射系数的带宽年代11不到10−dB是900 MHz (2.25 -3.15 GHz), 1060 MHz (4.89 -5.95 GHz)。实现两个频段可以覆盖802.11 a / b / g (5.15 WLAN, 2.4 -2.4835 GHz, -5.875 GHz)频段。测量相互耦合年代21两个天线之间的元素小于−15分贝所需的频段(2.4 -2.4835 GHz, 5.15 - -5.875 GHz)。设计天线显示良好的隔离性能所需的频段。


图6
模拟和测量参数的天线。

图7显示了模拟和测量规范化E飞机和H平面辐射模式在2.45 GHz和5.5 GHz。自提出天线结构是对称的,一个端口是固定的,另一个端口被连接到一个50Ω负载在测量。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图7
测量和模拟提出了天线的辐射模式:(一)2.45 GHzE飞机,(b) 2.45 GHzH飞机,(c) 5.5 GHzE飞机,(d) 5.5 GHzH飞机。

测量峰值增益和总效率如图8。测量增益为5.59 5.63 2.45 GHz和dBi dBi 5.5 GHz。测量天线效率是77.8%和80.4%的低和高频段,分别。


图8
模拟和测量增益和效率。

4所示。MIMO天线分集性能

多样性设计MIMO天线的性能主要是判断的包络相关系数(ECC),分集增益(DG),总主动反射系数(TARC)和信道容量损失(CCL)。

对MIMO天线,信封相关系数(ECC)可用于多样性绩效评估。ECC (ρe)可以使用两根天线的辐射模式计算如下(5]: 在哪里 辐射模式有关吗我天线元素,另一个天线匹配负载终止。自相关性会导致一个更大的信道容量,降低信封ECC的值必须小于0.5。正如我们从图可以观察到9,ECC值较低和较高的频率低于0.003和0.01,分别。


图9
测量了ECC和DG的结果提出了MIMO天线。

二极MIMO分集增益的天线可以作为计算

一般来说,可接受的DG值应该是接近10 dB。如图9,提出了分布式天线的分集增益天线在所需的频段是9.99和9.95,分别。

在2个天线系统中,相邻天线元素相互干扰时工作在同一时间。实际MIMO天线系统的性能将不会预测只有S参数,所以另一个重要参数,TARC ( ),探讨验证多样性MIMO天线系统的性能。TARC提供信息的回波损耗MIMO天线系统,可以计算的 在哪里θ代表激励信号之间的相位差。MIMO无线通信系统,TARC应该小于0分贝。如图10,TARC MIMO天线设计的价值小于−20 dB所需的频段。因此,设计天线具有良好的多样性表现。


图10
CCL TARC和提议的MIMO天线。

上限的MIMO天线系统,无线通信信道的信息传输率可以根据信道容量损失(CCL)分部,CCL,通常应小于0.5比特/秒/ Hz。创新领导力可以表示为 在哪里ψP矩阵的元素,它提供了MIMO系统的性能。对于一个两口的天线,ψP可以表示为

可以通过矩阵元素年代参数: 在哪里我= 1,j= 2,n= 1,2。CCL的测量结果在图中进行了描述10。CCL可以看出有较低的值在2.45 GHz 0.2和0.1和5.5 GHz。

最后,表2总结提出了MIMO天线之间的性能比较和其他报道天线。从全面的比较,可以看出该天线具有显示更高的增益和效率。提出的MIMO天线支持双频操作和ECC较低,可以保证天线性能好。

表2
对比提出了MIMO天线和其他报道天线。

5。结论

小说共面波导(CPW)美联储提出了双频天线。通过嵌入矩形狭缝和l型狭缝在两个相同的梯形块元素,设计天线的双频操作可以实现。该天线制造FR4基板与50×50×1.59毫米的大小3。此外,该天线具有良好的隔离性能和稳定的辐射模式所需的频段。该天线是一个合适的候选人IEEE 802.11 a / b / g应用程序。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究支持部分由中国国家自然科学基金批准号下61671330,下的浙江省科学技术厅批准号LGG19F010009,温州市级科技项目批准号。C20170005和2018 zg019。