MIMO天线的耦合特性研究

1、MIMO天线耦合特性研究 目 录 1. MIMO技术概述 2. 天线耦合理论 3. MIMO天线设计 4. MIMO天线仿真及特性研究 5. MIMO天线前景 6. 参考文献 1. MIMO技术概述MIMO（Multiple input Multiple output）即多输入多输出技术，利用 MIMO 技术可以提高信道容量，同时也可以提高信道的可靠性、降低误码率。MIMO 技术能在不增加带宽与发射功率的情况下，成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。MIMO 技术源于无线通信天线分集技术与智能天线技术，它是多入单出（MISO）与单入多出（SIMO）技术的结合，具有两者的优势和特征。MIMO 系

2、统在发射端和接收端均采用多天线单元，运用先进的无线传输与信号处理技术，利用无线信道的多径传播。1. MIMO技术概述1.1 MIMO 算法分集最大化和复用最大化。分集最大化即空时编码方案，复用最大化即数据率最大化方案。1.2 信道建模MIMO 系统利用无线信道的多径传播，建立空间并行矩阵传播通道，利用空时联合处理提高无线通信系统的容量与可靠性。 2.天线耦合理论 天线的主要作用是将空间的电磁信号转变为感应电压或者电流信号以供接收机检测。然而，每个天线上检测到的电压或电流往往并不单纯依赖于直接入射的电磁信号，它常常和其他相邻的天线单元上的电压或电流信号有关。究其本质，每个天线单元上接收到的电压信

3、号会在自身天线单元上感应出电流信号，而这个电流信号反过来又会激励出一个电磁场去影响相邻天线单元上的信号。这种情况下，就认为这些相邻的天线单元之间产生了互耦效应。 。 2.天线耦合理论 2.1 天线互耦概念 如下图所示的两个对称振子 1 和 2，其输入端的电压和电流分别为 U1、I1和U2、I2。在空间产生的电磁场分别为E1和E2。天线2和天线1电磁场相互影响。为了观察它们的相互影响，我们先拿走天线 2，测量天线 1 的输入阻抗，得到Zin1；将天线2放入，再测量天线l的输入阻抗，得到Zin1 。两个输入阻抗不相等。这表明天线 1 由于受到天线 2 电磁场的影响，不同于它单独存在时的情况了。同理

4、也是如此。 3.MIMO 天线设计理论 天线作为 MIMO 无线通信系统中的接收和发射装置，其电气性能及阵列配置是影响 MIMO 系统性能的重要因素。对移动终端而言，1/2 波长的间距可以保证较小的信号空间相关性。然而要把几幅天线集成在移动终端上具有很大的挑战性。为了获得 MIMO 技术的优势，至少应在终端上放置两幅天线。要解决这一难题就要对天线进行合理的设计。有两种思路，一是采用小型化天线，尽量减少天线尺寸；二是将多幅天线的功能集中到一幅天线上，用一幅天线来代替两幅或更多幅天线，具有这种潜力的天线有多模式天线和多极化天线。 4.MIMO天线仿真及特性分析 4.1双频 PIFA 天线低耦合实例

5、 PIFA 天线结构包括一个平面的矩形金属片、一个大的接地平面、一个短路金属板，下图为FIPA天线的设计模型： 4.MIMO天线仿真及特性分析 4.MIMO天线仿真及特性分析 4.MIMO天线仿真及特性分析 5.MIMO天线前景MIMO 技术的优点 （1） 频谱效率高。MIMO 技术能够在不增加额外功率或者带宽的前提下增加容量，即提供空分复用增益。通过在不同的发射天线上传输不同的数据流，在特定信道条件下，使系统容量与min M,N 成线性增长。 （2） 覆盖范围广。对所有天线阵元上的接收信号进行相干合并，可以获得天线阵列或者波束成型增益，它对比于接收天线数目。通过增加接收端的信噪比，MIMO 技术可以扩大 WLAN 的覆盖范围。 （3） 功耗低。采用发射波束成型等方法可以获得较低的功率消耗。 （4） 链路可靠性高。采用多天线可以增加空间分集以对抗多径衰落。发射分集技术，如空时编码技术、发射波束成型等对抗信道衰落和提高系统容量以及链路可靠性的新技术之一。5。 5.MIMO天线前景MIMO 技术存在的问题 1天线的数量和间距 2接收机的复杂性3MIMO 信道模型4信道状态信息(CSl)的获取和利用5系统的集成和信号设计MIMO 技术未来的研究方向集中在以下四个方面：信道建模和信道容量、MIMO 系统的信号设计和信号处理、与传播相关的研究方向