移动通信的无线信道技术分析论文.doc

移动通信的无线信道技术分析论文 摘要：随着现代通信技术的迅猛发展，各种无线通信设备的应用场合日益扩展。与此同时，无线通信技术也已被广泛应用于GSM、WiMAX、TD-CDMA、全球卫星定位系统、无线局域网等领域。信息技术的飞速发展对各种新型的移动终端通信设备也突出了更高的要求，如小型化、多功能、高性能等等。文章主要分析了移动通信中的无线信道技术，以供同行参考。 关键词：移动通信；无线信道技术；微带天线；小型化 ：TN929.5：A：1673-1131（xx）05-0251-02 引言 伴随着近年来快速发展的无线通信技术，越来越多的电子设备采用无线通信的方式，各种移动通信制式也在持续增加，造成了频谱资源的日益紧张，传统的单频通信器件已不能满足无线通信的迫切需求。而同时采用多个单频通信器件的级联来实现多通带的方式将使通信设备的成本和体积都大大增加。天线作为现代无线通信系统中最重要的前端部件，其设计要求随着无线通信技术的发展而不断提高，小型化、多极化、多频段、宽带化是当前天线技术发展的主要趋势。因此，通过借助无线信道技术，研究设计出性能优异、能够满足目前多样化通信要求的多频带天线具有十分重要的意义。 1使用加载的无线信道技术分析 使用加载的方法，顾名思义，就是在天线的辐射单元上加入额外的元件以达到改变天线辐射单元上电流分布情况的目的。加载可以分为介质加载，集总元件加载，短路针加载和顶加载等不同情况。此外，采用介质加载的小型化天线，通过加载介质使得天线的谐振频率显著降低，从而有效地减小了天线的尺寸。但是加载高介电常数的介质板一般不容易实现，需要由复杂的过程合成，其中典型的代表就是低温共烧陶瓷（LTCC）材料，此类材料除了可以获得高介电常数外还具有比较稳定的辐射特性以及较低的介质损耗，采用LTCC技术可以有效实现天线的小型化，但由于加工制作难度大而极大地限制了它的应用。RichardH.Chen等人通过在天线的半波长槽里面加载一对背向放置、关于天线轴对称的C形环的方法实现其小型化。通过对比加载前后天线的频率响应特性结果可以看到，加载C形环之后，天线的谐振频率得到了显著的降低，从而实现了大约50%的尺寸缩减。但需要注意的是，加载之后的天线带宽变窄，而且随着小型化程度的加深，天线增益也会随之变差，这些对于要求高增益、宽频带天线的应用是极为不利的。在槽天线的环形槽里面加载若干对槽形枝节可以改变天线的电流路径，这里主要是使得它的电流路径增长，从而减小谐振频率，并最终达到减小天线尺寸的目的。与此同时，通过这样的加载方法，还较好地保持了天线原本的的平面结构特性，并未增加天线加工制作的难度，而且可以减小天线的交叉极化。但是不可忽视的是在天线尺寸减小、频率向低频偏移的过程中，天线的带宽也随之变窄，天线性能发生了一定程度的恶化。 2应用分形结构的无线信道技术分析 分形这一概念起源于几何中的分形图形，由Mandelbrot最早提出这一概念，由于其自身一些特殊的性质如空间填充性和自相似性等而迅速被应用到天线的小型化、宽频带或者多频带设计中。应用于天线设计时既是一种宽频带方法，也是一种小型化方法，还可用于多频带天线的设计。分形结构的空间填充性决定了采用分形结构的辐射片可以在不增加天线原来尺寸的基础上增长电流路径、减小谐振频率，从而实现天线的小型化；另一方面，在实现分形过程中需要不断的对辐射片或接地板进行划分和切割，这样就降低了天线的Q值，从而拓宽天线频带。天线设计中常用的分形结构有Hilbert分形曲线、谢尔宾斯基分形地毯、Minkowski分形曲线、Koch分形曲线等等。例如MustafaK.TaherAl-Nuaimi等人针对印刷槽天线提出了一种小型化技术。文章用Minkowski分形曲线代替传统的方形槽，通过对比采用第一、二、三阶分形结构的天线性能，可以看到第三阶分形天线的谐振频率明显下降，最终使得天线尺寸相比于传统方形槽而言缩减小了约33.6%，文章对分形天线的辐射、阻抗、增益等性能进行了详细分析，得出结论：在尺寸减小的同时，还较好地保持了天线其他方面的性能。AnanthSundaram等人在xx年设计的Koch分形折叠槽天线及对应的频率响应特性，该天线将Koch分形结构应用到折叠槽天线设计中，通过对比传统的槽天线及第一阶、第二阶天线的频率响应特性可见随着分形次数增加，天线的谐振频率降低，特别是一阶分形天线跟传统方形槽天线相比较时，频率下降更显著。因此，利用Koch分形可以有效地实现天线的小型化设计，获得更紧凑的结构。同时，随着分形次数的增加，天线的通带特性基本不受影响，10-dB回波损耗带宽有所减小。另外，HomayoonOraizi等人结合两种不同的分形结构，即将皮亚诺曲线分形和谢尔宾斯基地毯分形结合起来应用到微带天线辐射贴片的设计中，通过对辐射贴片进行分形处理的过程和采用不同分形时天线的频率响应特性对比发现，两种分形结构的结合使用，天线的第一个谐振频率（基频）显著下降，从而实现了天线的小型化设计。此外，该天线还拥有全向辐射模式，良好的增益及较高的效率。因此，应用分形实现天线的小型化时还较好地保持了其优异的性能。相对于前述两种天线的小型化方法而言，改变天线辐射贴片的形状应用比较广泛。归结起来，主要有蜿蜒折叠辐射贴片和在辐射片上打孔开缝两种情形。蜿蜒折叠辐射片主要是使得天线的有效电流路径增长，具有曲流作用；天线的孔或者缝可以提高其Q值，同时也具有一定的曲流作用。需要说明的是，这几种小型化的技术手段并不是相互独立、互不相干的，比如打孔开缝既属于改变辐射贴片形状，有时候也可以理解为一种加载技术。 3采用新型材料或结构的无线信道技术分析 近年来，超材料（Metamaterial，MM）的发现为电磁理论的研究开辟了一个全新的方向，具有广阔的应用前景，MM在天线领域的应用也获得了极大的关注。xx年，TongLi等人采用具有较高电容值的交趾电容加载的环形谐振器（interdigitalcapacitanceloadingloopresonator，IDCLLR）取代传统分裂环谐振器（split-ringresonator，SRR）对单极子超宽带天线进行加载。通过对比SSR及IDCLLR、加载了IDCLLR的超宽带天线相应的频率响应特性现，相比于传统的SRR，IDCLLR的加入可以有效地实现紧凑型陷波超宽带天线的设计。此外，DaliaM.Elsheakh等人对印刷的平面倒F天线（printedinverted-Fantennas，PIFA）进行的改进，可以看到，采用L形枝节加载并结合运用EBG结构代替传统微带天线的地平面可以有效地减小天线基频，实现减小其尺寸的效果。同时，通过对不同形式的EBG结构进行对比研究，结果表明，该天线能较好地实现天线的小型化设计，尺寸缩减了大约80%，同时较好地保持了天线各个方面的优良特性。 4结语 随着电路集成度的不断提高，无线通信电子产品越来越小巧便捷，无线通信设备终端天线的小型化也就随之成为当前所有天线设计中不可避免的趋势。天线的小型化即通过一些技术手段在保证天线一定性能的前提下减小天线的体积，或者使某一尺寸固定的天线收发更低频段的电磁波。不管怎样，小型化的实质在于增大收发电磁波波长和天线尺寸的比值，既可以采用更小尺寸的天线对某一频段的电磁波进行收发，从而节省天线所占的面积。常用的小型化技术如：使用加载技术、使用分形几何形状、改变辐射贴片形状、增加介电常数、引入有源网络、采用计算机算法辅助设计等。其中又以使用加载、采用分形结构、改变辐射贴片形状的方