【摘 要】
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随着无线通信技术不断进步,近年来,天线逐渐朝着小型化、宽带化以及多天线化等方向发展,超宽带（Ultra-Wide Band,UWB）技术以其高功率高效率的数据速率、低复杂度、低成本和高精度等显著特点被广泛应用于端对端无线通信。然而,UWB系统在信号传输过程中,会遭受由信号反射和衍射从而引起的多径衰落效应。而与UWB相结合的UWB-MIMO无线通信系统不仅解决了单个多输入多输出（Multiple I
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随着无线通信技术不断进步,近年来,天线逐渐朝着小型化、宽带化以及多天线化等方向发展,超宽带（Ultra-Wide Band,UWB）技术以其高功率高效率的数据速率、低复杂度、低成本和高精度等显著特点被广泛应用于端对端无线通信。然而,UWB系统在信号传输过程中,会遭受由信号反射和衍射从而引起的多径衰落效应。而与UWB相结合的UWB-MIMO无线通信系统不仅解决了单个多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）系统中的多径衰落效应,并且满足了通信系统对大容量的需求。目前而言,小型化、高隔离度和多陷波特性是UWB-MIMO天线的主要研究方向。文章对UWB-MIMO天线的小型化、高隔离度和多陷波特性展开了理论研究,所做的研究内容如下:第一,设计了一款带有双陷波特性的两端口的UWB-MIMO天线,设计的天线印制在尺寸为30.6×22.6×1.6mm~3相对介电常数为4.4的FR4介质基板上,天线的工作带宽为3.1-11.6GHz,通过在天线辐射单元和馈线上增加U形谐振环和L形谐振环分别产生了WLAN波段陷波和卫星通信下行X波段陷波,实现了在5.1-5.9GHz和7.1-8GHz频带的两个阻带。由仿真结果可知,在整个UWB频段内,两个天线单元之间的隔离度均大于15d B。这款天线的陷波设计采用了开槽式结构,隔离设计通过在矩形地板中间添加I型地板枝节来减少天线低频段的耦合,高频段耦合的降低通过采用缺陷地的结构实现。第二,设计了一款带有双陷波特性的四端口的UWB-MIMO天线,天线由四个正交分布的微带馈线和L形的接地枝节组成,并且在辐射贴片右上角处添加一条细长条状的矩形枝节,天线的四个辐射贴片均采用阶梯形结构,以此延长电流路径,实现了良好的阻抗匹配。馈线下方矩形地板处的矩形槽和地板的L形枝节,提高了天线的隔离度。天线的尺寸为41×41×1.6mm~3,天线的工作带宽是3.1-10.8GHz,设计的天线在阻抗带宽的全频带上,隔离度能够大于15d B。最后分别在天线辐射贴片和接地地面上增加U形闭口谐振环和L形开口谐振环,实现了双陷波的特性。第三,设计了一款带有三陷波的四端口的UWB-MIMO天线,天线由四个正交分布的微带馈线、L形的接地枝节和一个类菱形的枝节组成,这样设计会使天线具有紧凑的尺寸,天线尺寸为40.2×40.2×1.6mm~3,天线的工作带宽是3.1-11GHz,设计的天线在整体的阻抗带宽的全频带上,隔离度能够大于17d B。另外,垂直放置的四个天线单元提高了天线单元之间的隔离度,并且馈线下方矩形地板处的矩形槽和地板上加入的L形枝节,不仅改变了每个天线单元的电流分布,而且提高了天线单元之间的隔离度。通过在天线辐射单元、接地地面和馈线上加入U形闭口谐振环、L形开口谐振环和C形闭口谐振环,使得天线在三个波段处产生陷波,从而实现了三陷波的结构。
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