用于MIMO系統(tǒng)的三頻段天線陣

每天都有新的用戶對服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸速度提出新的要求。多頻天線的發(fā)展已成為擴(kuò)展手機(jī)性能的一種通用方法，而MIMO技術(shù)可提高手機(jī)的傳輸性能。目前多是使用PIFA作為手機(jī)的內(nèi)置天線。一些文獻(xiàn)專注于設(shè)計多頻天線。另外一些文獻(xiàn)致力于減少天線的耦合。當(dāng)天線工作于不同的頻率時，盡管天線之間的距離很近，依然可以獲得很好的隔離度。在文獻(xiàn)中，在典型的移動電話PCB上，兩個PIFA天線分別工作在GSM 900和DCS1800上，在饋電點插入高Q值的LC電路可以形成一個在工作頻段內(nèi)使彼此隔離的濾波器，這個方法可以有效地去耦合提高效率，但會減小帶寬。當(dāng)天線工作在同一頻率時，無法使用LC電路去耦，這時需要采用其他方法。EBG可以抑制天線之間的表面波，地板附加措施可以抑制地板表面的電流。文獻(xiàn)提出了一個新的觀點：通過計算，使用傳導(dǎo)電流補(bǔ)償極化電流。在文獻(xiàn)中，一種懸空的，和兩個天線相連的連接帶可以用來提高天線的隔離度。這條微帶線通過將天線的某些能量轉(zhuǎn)移到另外的天線達(dá)到抵消耦合影響的目的。

在介紹如何去耦的文獻(xiàn)中，多為單頻天線，這是因為單頻天線結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)去耦相對容易。另外一些文獻(xiàn)介紹的天線大多工作在高頻，高頻天線結(jié)構(gòu)尺寸小，所以相同情況下，高頻天線的耦合要小很多。本文側(cè)重研究多頻天線，特別是覆蓋較低工作頻段的多頻天線，其中介紹的天線陣實現(xiàn)3個頻段(885～915 MHz，1 760～1 870 MHz和2 450～2 510 MHz)的工作特性，最低頻段可以覆蓋到900 MHz，并給出了多頻天線的工作特性。

1 天線設(shè)計

由于手機(jī)尺寸有限，需選擇尺寸小的三頻天線作為天線單元。這里選擇D．Kim在文獻(xiàn)里介紹的一款3頻天線。如圖1所示，有兩種方法放置天線。當(dāng)短邊相鄰時，雖然天線的間距較小，但是它們的隔離度更高。一個簡單的解釋是由于PIFA天線上的電流和電壓分布。在天線的開路端，電流為零，電壓和電量最大。如果天線的開路段很近，如圖1(b)所示，那么它們之間就會有很強(qiáng)的電磁耦合。

雖然選擇了最好的方式來放置天線，但耦合依然很大。一種方法是使用懸空且和兩個天線相連的連接帶來減小耦合。天線的S參數(shù)特性如圖4所示，可以看出連接帶可明顯降低天線的耦合度。圖5～圖7所示給出了天線在3個工作頻段時的方向圖。

另外一種是使用FR4材料以及小地板來減小耦合，天線結(jié)構(gòu)如圖8所示，天線陣的S參數(shù)仿真結(jié)果如圖9所示。可以看出，在整個工作頻段內(nèi)，天線陣實現(xiàn)了低于15 dB的隔離度，并實現(xiàn)了較好的匹配效果。

2 結(jié)束語

本文介紹一個可用于MIMO的二元PIFA天線陣，其中每個天線單元工作于3個頻段。提出了兩種方法來減小天線間的隔離度。一種是使用懸空且和兩個天線相連的連接帶。另外一種是使用FR4材料以及小地板。仿真結(jié)果顯示，在工作頻帶內(nèi)可以獲得15 dB的隔離度而不明顯影響輻射單元方向圖。