umts和wlan频段的宽带两天线系统

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1、万方数据第25卷第4期电波科学学报2010年8月CHlNESEJoURNAL0FRADIoSCIENCEV01．25，No．4August·2010文章编号1005一0388(2010)04一0711—06UMTS和WLAN频段的宽带两天线系统郑煊杜正伟(清华大学电子工程系微波与数字通信技术国家重点实验室、清华信息科学与技术国家实验室(筹)．北京lO0084)摘要提出了一种适用于手机的新型宽带两天线系统。通过在天线单元上开Z形槽和采用折叠的T形地枝结构的方法来增大带宽。该天线实测的一10dB阻抗带宽达到了715

2、MHz(1．91～2．625GHz)，覆盖了UMTS和2．4GHzWLAN两个频段，在整个工作频带内天线单元之间的互耦小于一10dB。测量得到的两个单元的方向图大致呈互补关系。根据实测结果计算了两个天线单元的包络相关系数、平均有效增益和两天线系统的分集增益。结果表明该两天线系统能够为无线通信系统提供方向图分集。关键词多输入多输出；多天线系统；两单元天线中图分类号TN828文献标志码A1．引言移动通信用户对视频业务和数据业务的需求持续增加，这对通信系统的容量提出了更高的要求，而频谱资源却极为有限，所以通过提高频谱

3、利用率的方法来增大通信系统容量具有迫切性。多输入多输出(MIMO)技术可以利用信道的多径特性来提高频谱利用率，是未来无线通信系统的关键技术之一叫，而多天线系统的实现又是MIMO系统中不可或缺的。移动终端特别是手机空间狭小，安装多个天线单元较为困难：狭小的空间限制了天线的尺寸；天线单元的间距较小因而一般互耦较强，使得天线效率和MIMO系统的容量不高。因此，手机中多天线系统的实现成了MIMO无线通信系统实现的瓶颈之一。有关MIMO技术研究的文献有很多，但主要集中在算法、信号处理或天线选择算法方面[2_41，而有关多

4、天线系统设计的研究较少。现有的关于多天线系统的设计方案主要集中在WLAN频段，同时覆盖UMTS(1．92～2．17GHz)和WLAN频段的宽带多天线系统较少。Karaboikis等[51提出了一种应用于5．2GHzWLAN频段的、采用平面倒F天线(PIFA)作为天线单元的两天线系统。Chi等[61提出了一种采用T形地枝来减小天线单元问互耦的、工作于2．4／5．2GHzWLAN频段的分集两天线系统。因此，研究UMTS和WLAN频段的宽带两天线系统具有较强的理论和现实意义。论文提出了一种适用于手机的宽带两天线系统。

5、根据测试结果，该天线系统可以同时覆盖UMTS和2．4GHzWLAN(2．4～2．484GHz)两个频段并且保持较低的互耦，天线单元的辐射方向图大致呈互补关系，能够提供较高的分集增益。2．理论分析该两天线系统由两个背靠背的天线单元构成，两个天线单元尺寸完全相同、互为镜像，印刷在一块尺寸为95mm×60mm×o．8mm、相对介电常数为4．4的FR4介质板正面的上部，均用特性阻抗为5OQ的微带线进行馈电，结构如图1所示。介质板收稿日期：2009—10一16基金项目：国家重点基础研究发展规划项目2009CB320205

6、)；国家自然科学基金项目60971005)；国家“八六三”高技术项目2006AA01Zz65，2007AA012284)和清华一高通联合研究计划联系人：牡正伟E-mail：zwdu@tsinghua．edu．cn万方数据712电波科学学报第25卷背面下部尺寸为79mm×60mm的主地平面用来模拟手机中其他电路的影响。为了增大带宽，在天线单元上开了一个Z形槽，在天线单元的背面、主．。地平面的上方增加了地枝结构。为了获得2．4GHzWLAN频段，在天线单元贴片的直角处切去了尺寸为6．9mm×5mm的矩形金属片，切去

7、的部分在图1(d)中用C1表示并用虚线框标出。(a)全视图(黑色、灰色分别表示介质板正面、背面的金属部分)(b)馈线和天线单元(c)主地平面和地枝6．4⋯⋯!堑⋯⋯．飘溯戮褫鬈≥一19．9’37谴鍪毡去罐》滠．．(d)天线单元尺寸豳5．46．8(e)地枝结构尺寸圈1两天线系统结构图(单位咖)下面通过移除某些部件同时保持其他部件不变的方式仿真分析被移除部件对S参数的影响。论文的仿真结果均为利用Ansoft公司的高频仿真软件(HFSS)仿真得到。由于该天线系统中的两个天线单元结构镜像对称和天线的互易性，所以S。。等

8、于S铭，S，：等于s2，，下文只给出S，：和s2，的结果。在天线的各个部件中，对S参数影响较大的有三个部件：Z形槽、Cl和地枝。为了分析Z形槽和C1的影响，考虑了三种结构，列于表1。表1中“√”表示该部件存在，“×”表示该部件不存在。用结构1和结构2作为例子说明：在结构1的情况下，天线开Z形槽，并切去矩形金属片Cl，实际上这就是图1所示的原天线。在结构2中，天线切去矩形金属片C1但没有