一種用于MIMO系統的三頻段天線陣設計

摘要 介紹一種用于MIMO系統無線移動終端的小型化天線陣。單個天線采用平面倒F天線(PIFAs)。地板尺寸為100 mm×60 mm，天線工作頻率：885～915 MHz，1 760～1 870 MHz和2 450～2 510 MHz。為了使天線陣的體積變小，天線之間的距離遠小于半波長，這就帶來了另外的問題：天線之間的耦合較大。為了減小兩天線的耦合。提出了兩種辦法。一種是使用懸空的，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。仿真結果顯示。在工作頻帶內可獲得15 dB的隔離度而不明顯影響輻射特性。
關鍵詞 三頻；MIMO；去耦

每天都有新的用戶對服務和數據傳輸速度提出新的要求。多頻天線的發展已成為擴展手機性能的一種通用方法，而MIMO技術可提高手機的傳輸性能。目前多是使用PIFA作為手機的內置天線。一些文獻專注于設計多頻天線。另外一些文獻致力于減少天線的耦合。當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。文獻提出了一個新的觀點：通過計算，使用傳導電流補償極化電流。在文獻中，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移到另外的天線達到抵消耦合影響的目的。
在介紹如何去耦的文獻中，多為單頻天線，這是因為單頻天線結構簡單，實現去耦相對容易。另外一些文獻介紹的天線大多工作在高頻，高頻天線結構尺寸小，所以相同情況下，高頻天線的耦合要小很多。本文側重研究多頻天線，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 天線設計
由于手機尺寸有限，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的電磁耦合。