CN108172999B - 基于特征模理论的方向图可重构2端口mimo天线的设计方法 - Google Patents

基于特征模理论的方向图可重构2端口mimo天线的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，包括：步骤1，依据特征模理论计算一块矩形金属覆铜板的特征模曲线，使其金属覆铜板的形状和尺寸在工作频带内具有n个特征值为0的谐振模式；其中，n≥3；步骤2，提取上述谐振模式的特征电流，生成特征电流矢量分布图，其中特征电流矢量分布图中电流最小点处即为各自模式所对应的馈电点位置，由馈电点位置得到辐射地板的结构和所需的两组谐振模式；步骤3，在步骤2中两组谐振模式所对应的馈电点位置处引入所对应的两组容性耦合单元。步骤4，设计两个可重构的馈电网络，分别给步骤3中每组容性耦合单元和辐射地板之间进行馈电以产生激励电压激励所对应的每组谐振模式。

Description

基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法
技术领域
本发明属于通信天线的设计技术领域，具体涉及基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，可用于2.5G Wi-Fi通信频段的移动终端。
背景技术
随着移动通信系统的迅猛发展，用户对于更高通信速率以及更高通信质量的需求与日俱增。MIMO技术应运而生，其通过分别在基站和终端采用多天线的技术实现信号的多径传播，进而能够在不增加工作带宽的前提下成倍地提高通信速率和系统容量。然而在实际应用中，无线设备通常要工作在动态的环境中。当所工作的环境具有相对较差的系统特性时，具有固定辐射方向图的MIMO天线系统的容量将受到影响。方向图可重构的MIMO系统即可解决上述问题。
然而目前针对于方向图可重构MIMO天线的设计方法一般是通过先设计一个方向图可重构的天线单元，然后将几个相同的天线单元间隔一定距离排布来实现最后的可重构MIMO天线。其中还需要一定的隔离技术来降低天线单元之间的耦合。这种设计方法存在的问题是多个天线单元占用了很大的物理空间，不满足实际的应用。而且隔离技术的引入不仅使得天线结构变得更加复杂，且并不能实现天线单元之间的完全正交。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，以便简化MIMO天线系统结构，提高天线系统的隔离效果。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，其特征是：至少包括以下步骤：
步骤1，依据特征模理论计算一块矩形金属覆铜板的特征模曲线，使其金属覆铜板的形状和尺寸在工作频带内具有n个特征值为0的谐振模式；其中，n≥3；
步骤2，提取上述谐振模式的特征电流，生成特征电流矢量分布图，其中特征电流矢量分布图中电流最小点处即为各自模式所对应的馈电点位置，由馈电点位置得到辐射地板的结构和所需的两组谐振模式；
步骤3，在步骤2中两组谐振模式所对应的馈电点位置处引入所对应的两组容性耦合单元。
步骤4，设计两个可重构的馈电网络，分别给步骤3中每组容性耦合单元和辐射地板之间进行馈电以产生激励电压激励所对应的每组谐振模式。
所述的步骤2包括：所述两组谐振模式包括在辐射地板的短边中间位置具有相同馈电点位置的第一模式和第八模式，以及在辐射地板的长边中间位置具有相同馈电点位置的第一模式和第六模式。
所述的步骤3中所述的两组容性耦合单元包括第一容性耦合单元、第二容性耦合单元、第三容性耦合单元、第四容性耦合单元；其中选择第一容性耦合单元和第二容性耦合单元为具有4mm×16mm尺寸的矩形金属片，第一容性耦合单元和第二容性耦合单元位于第一模式和第八模式相同的馈电点位置，且距离辐射地板的空隙为4mm；而选择第三容性耦合单元和第四容性耦合单元为具有28mm×4mm尺寸的矩形金属片，它们位于第一模式和第六模式相同的馈电点位置，且距离辐射地板空隙也选择为4mm。
步骤4包括：
4a)针对第一组谐振模式所对应的馈电网络，由于第一模式和第八模式具有相同的2个馈电位置，所以首先设计一个一分2的功率分配网络，其中此第一功率分配网络的输入端口，并设其为端口1，第一功率分配网络的第一输出端口和第一功率分配网络的第二输出端口，将第一功率分配网络的第一输出端口和第一功率分配网络的第二输出端口分别与步骤2中的第一容性耦合单元和第二容性耦合单元相连，进而对容性耦合单元和辐射地板之间进行馈电以产生激励电压激励所对应的第一模式和第八模式，馈电网络下的介质为一厚度为0.8mm的FR4介质；
4b)第一模式在两个馈电点的模式电流具有相同的幅度和相位，而第第八模式的模式电流在这两个馈电点位置具有相同的幅度和相反的相位关系；在上述功率分配网络中引入第一移相结构、第二移相结构,第三移相结构和第一可调开关结构、第二可调开关结构、第三可调开关结构、第四可调开关结构；
当第一可调开关结构、第二可调开关结构开，而第三可调开关结构、第四可调开关结构断开时，第一移相结构和第二移相结构导通工作，此时第一功率分配网络的第一输出端口和第一功率分配网络的第二输出端口具有相等的幅值和相位关系，进而可以将所对应的第一模式激励出来；而当第一可调开关结构、第二可调开关结构断开，而第三可调开关结构、第四可调开关结构闭合时，第二移相结构和第三移相结构导通工作，此时第一功率分配网络的第一输出端口和第一功率分配网络的第二输出端口具有相等的幅值和相反的相位关系，进而可以将所对应的第八模式激励出来；
4c)在上述第一功率分配网络中继续引入匹配结构以实现最后的馈电网络,此第一匹配结构和第二匹配结构为两个宽度为0.5mm，长度为11mm的开路枝节；
4d)利用相同的设计方法,对另外一组馈电网络进行设计，此馈电网络的第二功率分配网络的输入端口，并设其为端口2，第二功率分配网络的第一输出端口和第二功率分配网络的第二输出端口；将第二功率分配网络的第一输出端口和第二功率分配网络的第二输出端口分别与步骤2中的第三容性耦合单元和第四容性耦合单元相连，进而对第三容性耦合单元和第四容性耦合单元和辐射地板之间进行馈电以产生激励电压激励所对应第一模式和第六模式；此第二馈电网络的移相结构为第四移相结构,第五移相结构和第六移相结构，开关结构为第五可调开关结构、第六可调开关结构、第七可调开关结构和第八可调开关结构；当第五可调开关结构、第六可调开关结构导通，第七可调开关结构和第八可调开关结构断开时，第四移相结构和第五移相结构工作，此时第二功率分配网络的两个输出端口具有相等的幅值和相位关系，进而可以将所对应的第一模式激励出来；而当开关结构为第五可调开关结构和第六可调开关结构断开，而第七可调开关结构和第八可调开关结构导通闭合时，第四移相结构和第六移相结构工作，此时第二功率分配网络的两个输出端口具有相等的幅值和相反的相位关系，进而可以将所对应的第六模式激励出来；此第二馈电网络的匹配结构为第一阻抗转换结构和第二阻抗转换结构，其长度为4mm，宽度为4.5mm；此时即完成了另外一组馈电网络的设计；
4e)最后将上述所设计的两组馈电网络分别放置于辐射地板的上侧和下侧，并通过多层PCB工艺将三层集成到一起；通过第一金属化过孔和第二金属化过孔将第一馈电网络中的第一输出端口和第一馈电网络中的第二输出端口分别与第一容性耦合单元和第二容性耦合单元连接，通过第三金属化过孔和第四金属化过孔将第二馈电网络中的第一输出端口和第二馈电网络中的第二输出端口分别与第三容性耦合单元和第四容性耦合单元连接，实现了一个具有2端口的可重构MIMO天线的设计。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法是基于特征模理论实现的，在此设计方法中以金属地板作为辐射体，然后激励金属地板上的不同模式来实现最后的天线设计。因此，所实现的天线结构简单，易于加工。
2.本发明中每种状态下的MIMO天线系统是通过激励多个特征模实现的，由于特征模之间具有完全正交的特性，因此基于本发明所设计的MIMO天线系统具有很好的隔离效果。
附图说明
图1是本发明设计方法的流程图。
图2是本发明设计方法中所设计辐射地板的特征模曲线。
图3是本发明设计方法中所设计辐射地板六个谐振模式所对应的特征电流矢量分布图。
图4是本发明设计方法中容性耦合单元结构。
图5是本发明设计方法中第一个馈电网络中的功率分配网络结构图。
图6是本发明设计方法中第一个馈电网络中的移相结构和可调开关结构图。
图7本发明设计方法中第一个馈电网络整体结构图。
图8是本发明设计方法中第二个馈电网络整体结构图。
图9是本发明设计方法中所设计可重构2端口MIMO天线整体结构图。
图10是本发明设计方法中所设计可重构2端口MIMO天线在第一种状态下的S参数。
图11是本发明设计方法中所设计可重构2端口MIMO天线在第二种状态下的S参数。
图12是本发明设计方法中所设计可重构2端口MIMO天线在第三种状态下的S参数。
图13是本发明设计方法中所设计可重构2端口MIMO天线在三种状态下的辐射方向图。
(a)状态一；(b)状态二；(c)状态三。
图中，1、第一容性耦合单元；2、第二容性耦合单元；3、第三容性耦合单元；4、第四容性耦合单元；5、辐射地板；6、第一功率分配网络输入端口；7、第一功率分配网络的第一输出端口；8、第一功率分配网络的第二输出端口；9、介质；10、第一移相结构；11、第二移相结构；12、第三移相结构；13、第一可调开关结构；14、第二可调开关结构；15、第三可调开关结构；16、第四可调开关结构；17、第一匹配结构；18、第二匹配结构；19、第二功率分配网络输入端口；20、第二功率分配网络的第一输出端口；21、第二功率分配网络的第二输出端口；22、第四移相结构；23、第五移相结构；24、第六移相结构；25、第五可调开关结构；26、第六可调开关结构；27、第七可调开关结构；28、第八可调开关结构；29、第一阻抗转换结构；30、第二阻抗转换结构；31、第一金属化过孔；32、第二金属化过孔；33、第三金属化过孔；34、第四金属化过孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
本发明特征模理论见指哈林登于1971年在文献‘Theory of CharacteristicModes for Conducting Bodies’中介绍。
参照图1，一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，包括以下步骤：
步骤1，依据特征模理论计算一块矩形金属覆铜板的特征模曲线，使其金属覆铜板的形状和尺寸在工作频带内具有n个(n≥3)特征值为0的谐振模式；
通过特征模理论计算一块矩形金属覆铜板的特征模曲线，修改金属覆铜板形状和尺寸使其在工作频带内具有n个(n≥3)特征值为0的谐振模式。最后确定金属覆铜板板为一块尺寸为120mm×60mm的矩形金属板。金属板的特征值曲线如图2所示，可以看到第一模式、第二模式、第三模式、第四模式、第六模式、第八模式这6个模式在工作频带内都具有特征值为0的谐振点，即此6个模式为谐振模式，而其他模式由于在带内不谐振很难用于天线的辐射，所以此时的n为6。
所述特征模理论见指哈林登于1971年在文献‘Theory of Characteristic Modesfor Conducting Bodies’中介绍；
步骤2，提取上述谐振模式的特征电流，生成特征电流矢量分布图，其中特征电流分布图中电流最小点处即为各自模式所对应的馈电点位置，由馈电点位置得到辐射地板的结构和所需的两组谐振模式；
提取上述6个谐振模式的特征电流，生成特征电流矢量分布图如图3所示，其中特征电流矢量分布图中电流最小点处即为各自模式所对应的馈电点位置。从6个谐振模式中提取出2组谐振模式，第一组为第一模式和第八模式，其中第一模式和第八模式具有相同的2个馈电点位置，即金属覆铜板两个短边的中间部分。第二组为第一模式和第六模式，其中第一模式和第六模式具有相同的2个馈电点位置，即金属覆铜板两个长边的中间部分。由于此时的金属覆铜板结构可以得到所需的两组谐振模式，所以此时的金属覆铜板结构即为辐射地板结构5，即得到最后的辐射地板结构5和所需的两组谐振模式。
步骤3，在步骤2中两组谐振模式所对应的馈电点位置处引入所对应的容性耦合单元。
如图4所示，在上述2组谐振模式所对应的馈电点位置处引入所对应的容性耦合单元。其中选择第一容性耦合单元1和第二容性耦合单元2为具有4mm×16mm尺寸的矩形金属片，它们位于第一模式和第八模式相同的馈电点位置，且距离辐射地板5的空隙为4mm；而选择第三容性耦合单元3和第四容性耦合单元4为具有28mm×4mm尺寸的矩形金属片，它们位于第一模式和第六模式相同的馈电点位置，且距离辐射地板空隙也选择为4mm。
步骤4，设计两个可重构的馈电网络，分别给步骤3中每组容性耦合单元和辐射地板5之间进行馈电以产生激励电压激励所对应的每组谐振模式。
4a)针对第一组特征模式所对应的馈电网络，由于第一模式和第八模式具有相同的2个馈电位置，所以首先设计一个一分2的功率分配网络如图5所示，其中第一功率分配网络输入端口6，并设其为端口1，第一功率分配网络的第一输出端口7和第一功率分配网络的第二输出端口8，将第一功率分配网络的第一输出端口7和第一功率分配网络的第二输出端口8分别与步骤2中的第一容性耦合单元1和第二容性耦合单元2相连，进而对容性耦合单元和辐射地板之间进行馈电以产生激励电压激励所对应第一模式和第八模式。如图5所示馈电网络下的介质9为一厚度为0.8mm的FR4介质。
4b)从图3中观察第一模式和第八模式在两个馈电点位置的特征电流矢量分布，其中第一模式在两个馈电点的模式电流具有相同的幅度和相位，而第八模式的模式电流在这两个馈电点位置具有相同的幅度和相反的相位关系。所以如图6所示在上述功率分配网络中引入第一移相结构10、第二移相结构11,第三移相结构12和第一可调开关结构13、第二可调开关结构14、第三可调开关结构15、第四可调开关结构16。
当第一可调开关结构13、第二可调开关结构14开，而第三可调开关结构15、第四可调开关结构16断开时，第一移相结构10和第二移相结构11闭合工作，此时的第一功率分配网络的第一输出端口7和第一功率分配网络的第二输出端口8具有相等的幅值和相位关系，进而可以将所对应的第一模式激励出来；而当第一可调开关结构13、第二可调开关结构14断开，而第三可调开关结构15、第四可调开关结构16闭合时，第二移相结构11和第三移相结构12导通工作，此时的第一功率分配网络的第一输出端口7和第一功率分配网络的第二输出端口8具有相等的幅值和相反的相位关系，进而可以将所对应的第八模式激励出来。
4c)在上述功率分配网络中继续引入匹配结构以实现最后的馈电网络,如图7所示。此第一匹配结构17和第二匹配结构18为两个宽度为0.5mm，长度为11mm的开路枝节。此时即完成了一组馈电网络的设计。
4d)利用相同的设计方法,对另外一组馈电网络进行设计。如图8所示，此馈电网络的第二功率分配网络输入端口19，并设其为端口2，此第二功率分配网络的第一输出端口20和第二功率分配网络的第二输出端口21。将第二功率分配网络的第一输出端口20和第二功率分配网络的第二输出端口21分别与步骤2中的第三容性耦合单元3和第四容性耦合单元4相连，进而对第三容性耦合单元3和第四容性耦合单元4和辐射地板5之间进行馈电以产生激励电压激励所对应第一模式和第六模式。此馈电网络的移相结构为第四移相结构22,第五移相结构23和第六移相结构24，开关结构为第五可调开关结构25、第六可调开关结构26、第七可调开关结构27和第八可调开关结构28。当第五可调开关结构25、第六可调开关结构26导通，第七可调开关结构27和第八可调开关结构28断开时，第四移相结构22和第五移相结构23工作，此时的第二功率分配网络的两个输出端口具有相等的幅值和相位关系，进而可以将所对应的第一模式激励出来；而当开关结构为第五可调开关结构25和第六可调开关结构26断开，而第七可调开关结构27和第八可调开关结构28导通闭合时，第四移相结构22和第六移相结构24工作，此时的第二功率分配网络的两个输出端口具有相等的幅值和相反的相位关系，进而可以将所对应的第六模式激励出来。此馈电网络的匹配结构为第一阻抗转换结构29和第二阻抗转换结构30，其长度为4mm，宽度为4.5mm。此时即完成了另外一组馈电网络的设计。
最后将上述所设计的两组馈电网络分别放置于辐射地板5的上侧和下侧，并通过多层PCB工艺将三层集成到一起。通过第一金属化过孔31和第二金属化过孔32将第一馈电网络中的第一输出端口7和第二输出端口8分别与第一容性耦合单元1和第二容性耦合单元2连接，通过第三金属化过孔33和第四金属化过孔34将第二馈电网络的第一输出端口20和第二馈电网络的第二输出端口21分别与第三容性耦合单元3和第四容性耦合单元4连接，如图9所示。至此利用本发明方法，即实现了一个具有2端口的可重构MIMO天线的设计。
此天线具有三种可重构状态，在第一种状态下，第一可调开关结构13、第二可调开关结构14、第七可调开关结构27和第八可调开关结构28导通，而第三可调开关结构15、第四可调开关结构16、第五可调开关结构25、第六可调开关结构26断开，此时第一天线端口激励第一模式，第二天线端口激励第六模式，所得S参数如图10所示；在第二种状态下，第三可调开关结构15、第四可调开关结构16、第七可调开关结构27和第八可调开关结构28导通，而第一可调开关结构13、第二可调开关结构14、第五可调开关结构25、第六可调开关结构26断开，此时第一天线端口激励第八模式，第二天线端口激励第六模式，所得S参数如图11所示；在第三种状态下，第三可调开关结构15、第四可调开关结构16、第五可调开关结构25、第六可调开关结构26导通，而第一可调开关结构13、第二可调开关结构14、第七可调开关结构27和第八可调开关结构28断开，此时第一天线端口激励第八模式，第二天线端口激励第一模式，所得S参数如图12所示。
从图10、11和12可以看出，在这三种状态下由于天线两个端口激励出正交的模式，所以均具有很好的隔离效果。在三种状态天线两个端口的方向图如图13所示，可以看出天线在三种状态下具有可重构的辐射方向图。

Claims (3)

1.一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，其特征是：至少包括以下步骤：
步骤1，依据特征模理论计算一块矩形金属覆铜板的特征模曲线，使其金属覆铜板的形状和尺寸在工作频带内具有n个特征值为0的谐振模式；其中，n≥3；
步骤2，提取上述谐振模式的特征电流，生成特征电流矢量分布图，其中特征电流矢量分布图中电流最小点处即为各自模式所对应的馈电点位置，由馈电点位置得到辐射地板的结构和所需的两组谐振模式；
步骤3，在步骤2中两组谐振模式所对应的馈电点位置处引入所对应的两组容性耦合单元；两组容性耦合单元分别是：第一容性耦合单元(1)、第二容性耦合单元(2)、第三容性耦合单元(3)和第四容性耦合单元(4)；
步骤4，设计两个可重构的馈电网络，分别给步骤3中每组容性耦合单元和辐射地板之间进行馈电以产生激励电压激励所对应的每组谐振模式；具体包括：
4a)针对第一组谐振模式所对应的馈电网络，由于第一模式和第八模式具有相同的2个馈电位置，所以首先设计一个一分2的功率分配网络，其中此第一功率分配网络的输入端口(6)，并设其为端口1，第一功率分配网络的第一输出端口(7)和第一功率分配网络的第二输出端口(8)，将第一功率分配网络的第一输出端口(7)和第一功率分配网络的第二输出端口(8)分别与步骤3中的第一容性耦合单元(1)和第二容性耦合单元(2)相连，进而对容性耦合单元和辐射地板之间进行馈电以产生激励电压激励所对应的第一模式和第八模式，馈电网络下的介质(9)为一厚度为0 .8mm的FR4介质；
4b)第一模式在两个馈电点的模式电流具有相同的幅度和相位，而第八模式的模式电流在这两个馈电点位置具有相同的幅度和相反的相位关系；在上述功率分配网络中引入第一移相结构(10)、第二移相结构(11) ,第三移相结构(12)和第一可调开关结构(13)、第二可调开关结构(14)、第三可调开关结构(15)、第四可调开关结构(16)；第一移相结构（10）通过第一可调开关结构（13）和第二可调开关结构（14）位于第一功率分配网络的输入端口(6)和第一功率分配网络的第二输出端口(8)之间；第三移相结构（12）通过第三可调开关结构（15）和第四可调开关结构（16）位于第一功率分配网络的输入端口(6)和第一功率分配网络的第二输出端口(8)之间，第二移相结构(11)位于第一功率分配网络的第一输出端口（7）和第一功率分配网络的输入端口(6)之间；第一可调开关结构（13）和第二可调开关结构（14）位于第一移相结构（10）与第一功率分配网络的接口处，通过第一可调开关结构（13）和第二可调开关结构（14）来控制第一移相结构（10）接入或者不接入到第一功率分配网络中；第三可调开关结构（15）和第四可调开关结构（16）位于第三移相结构（12）与第一功率分配网络的接口处，通过第三可调开关结构（15）和第四可调开关结构（16）来控制第三移相结构（12）接入或者不接入到第一功率分配网络中；当第一可调开关结构(13)、第二可调开关结构(14)导通，而第三可调开关结构(15)、第四可调开关结构(16)断开时，第一移相结构(10)和第二移相结构(11)导通工作，此时第一功率分配网络的第一输出端口(7)和第一功率分配网络的第二输出端口(8)具有相等的幅值和相位关系，进而可以将所对应的第一模式激励出来；而当第一可调开关结构(13)、第二可调开关结构(14)断开，而第三可调开关结构(15)、第四可调开关结构(16)闭合工作时，第二移相结构(11)和第三移相结构(12)导通工作，此时第一功率分配网络的第一输出端口(7)和第一功率分配网络的第二输出端口(8)具有相等的幅值和相反的相位关系，进而可以将所对应的第八模式激励出来；
4c)在上述第一功率分配网络中继续引入匹配结构以实现最后的馈电网络,此第一匹配结构(17)和第二匹配结构(18)为两个宽度为0 .5mm，长度为11mm的开路枝节；
4d)利用相同的设计方法,对另外一组馈电网络进行设计，此馈电网络的第二功率分配网络的输入端口(19)，并设其为端口2，第二功率分配网络的第一输出端口(20)和第二功率分配网络的第二输出端口(21)；将第二功率分配网络的第一输出端口(20)和第二功率分配网络的第二输出端口(21)分别与步骤3中的第三容性耦合单元(3)和第四容性耦合单元(4)相连，进而对第三容性耦合单元(3)和第四容性耦合单元(4)和辐射地板(5)之间进行馈电以产生激励电压激励所对应第一模式和第六模式；此第二馈电网络的移相结构为第四移相结构(22) ,第五移相结构(23)和第六移相结构(24)，开关结构为第五可调开关结构(25)、第六可调开关结构(26)、第七可调开关结构(27)和第八可调开关结构(28)；
第五移相结构（23）通过第五可调开关结构（25）和第六可调开关结构（26）位于第二功率分配网络的输入端口(19)和第一功率分配网络的第一输出端口(20)之间；第六移相结构（24）通过第七可调开关结构（27）和第八可调开关结构（28）位于第二功率分配网络的输入端口(19)和第二功率分配网络的第一输出端口(20)之间，第四移相结构(22)位于第二功率分配网络的第二输出端口（21）和第二功率分配网络的输入端口(19)之间；第五可调开关结构（25）和第六可调开关结构（26）位于第五移相结构（23）与第二功率分配网络的接口处，进而通过第五可调开关结构（25）和第六可调开关结构（26）来控制第五移相结构（23）接入或者不接入到第二功率分配网络中；在第二馈电网络中，第七可调开关结构（27）和第八可调开关结构（28）位于第六移相结构（24）与第二功率分配网络的接口处，进而通过第七可调开关结构（27）和第八可调开关结构（28）来控制第六移相结构（24）接入或者不接入到第二功率分配网络中；当第五可调开关结构(25)、第六可调开关结构(26)导通，第七可调开关结构(27)和第八可调开关结构(28)断开时，第四移相结构(22)和第五移相结构(23)工作，此时第二功率分配网络的两个输出端口具有相等的幅值和相位关系，进而可以将所对应的第一模式激励出来；而当开关结构为第五可调开关结构(25)和第六可调开关结构(26)断开，而第七可调开关结构(27)和第八可调开关结构(28)导通闭合时，第四移相结构(22)和第六移相结构(24)工作，此时第二功率分配网络的两个输出端口具有相等的幅值和相反的相位关系，进而可以将所对应的第六模式激励出来；此第二馈电网络的匹配结构为第一阻抗转换结构(29)和第二阻抗转换结构(30)，其长度为4mm，宽度为4 .5mm；此时即完成了另外一组馈电网络的设计；
4e)最后将上述所设计的两组馈电网络分别放置于辐射地板(5)的上侧和下侧，并通过多层PCB工艺将三层集成到一起；通过第一金属化过孔(31)和第二金属化过孔(32)将第一馈电网络中的第一输出端口(7)和第一馈电网络中的第二输出端口(8)分别与第一容性耦合单元(1)和第二容性耦合单元(2)连接，通过第三金属化过孔(33)和第四金属化过孔(34)将第二馈电网络中的第一输出端口(20)和第二馈电网络中的第二输出端口(21)分别与第三容性耦合单元(3)和第四容性耦合单元(4)连接，实现了一个具有2端口的可重构MIMO天线的设计。
2.根据权利要求1所述的一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，其特征是：所述的步骤2包括：所述两组谐振模式包括在辐射地板(5)的短边中间位置具有相同馈电点位置的第一模式和第八模式，以及在辐射地板(5)的长边中间位置具有相同馈电点位置的第一模式和第六模式。
3.根据权利要求1所述的一种基于特征模理论的方向图可重构2端口MIMO天线的设计方法，其特征是：所述的步骤3中所述的两组容性耦合单元包括第一容性耦合单元(1)、第二容性耦合单元(2)、第三容性耦合单元(3)、第四容性耦合单元(4)；其中选择第一容性耦合单元(1)和第二容性耦合单元(2)为具有4mm×16mm尺寸的矩形金属片，第一容性耦合单元(1)和第二容性耦合单元位于第一模式和第八模式相同的馈电点位置，且距离辐射地板(5)的空隙为4mm；而选择第三容性耦合单元(3)和第四容性耦合单元(4)为具有28mm×4mm尺寸的矩形金属片，它们位于第一模式和第六模式相同的馈电点位置，且距离辐射地板(5)空隙也选择为4mm。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110098488B (zh) * 2019-05-17 2020-11-24 西安电子科技大学 一种基于特征模理论的低rcs超表面的模式转化方法
CN112751162B (zh) * 2019-10-31 2022-04-22 华为技术有限公司 移动终端
CN111816992B (zh) * 2020-06-03 2022-12-06 昆山睿翔讯通通信技术有限公司 一种基于特征模式极化可重构天线实现方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206301949U (zh) * 2016-12-29 2017-07-04 深圳天珑无线科技有限公司 方向图可重构天线及通讯设备

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9001917B2 (en) * 2013-05-10 2015-04-07 Samsung Electronics Company., Ltd. Method and apparatus for miniaturization of MIMO systems via tightly coupled antenna array
CN103311664B (zh) * 2013-06-21 2016-01-20 北京航空航天大学 基于特征模理论的圆极化三角形微带天线的优化设计方法
US20150009075A1 (en) * 2013-07-05 2015-01-08 Sony Corporation Orthogonal multi-antennas for mobile handsets based on characteristic mode manipulation
CN106602243B (zh) * 2016-12-02 2019-10-25 西安电子科技大学 基于特征模理论的2mimo手机天线及其设计方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206301949U (zh) * 2016-12-29 2017-07-04 深圳天珑无线科技有限公司 方向图可重构天线及通讯设备

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A Pattern Reconfigurable Chassis-Mode MIMO Antenna";Krishna Kumar Kishor;《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》;20140325;全文 *
"Systematic design method of a mobile multiple antenna system using the theory of characteristic modes";Robert Martens, Dirk Manteuffel;《IET Microwaves, Antennas & Propagation》;20141231;全文 *
"应用于移动终端的方向图可重构MIMO天线";车斌;《2009年全国微波毫米波会议》;20091231;全文 *

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