用于MIMO系统的三频段天线阵设计方案

　　引言

　　介绍一种用于MIMO系统无线移动终端的小型化天线阵。单个天线采用平面倒F天线(PIFAs)。地板尺寸为100 mm×60 mm，天线工作频率：885～915 MHz，1 760～1 870 MHz和2 450～2 510 MHz。为了使天线阵的体积变小，天线之间的距离远小于半波长，这就带来了另外的问题：天线之间的耦合较大。为了减小两天线的耦合。提出了两种办法。一种是使用悬空的，和两个天线相连的连接带。另外一种是使用FR4材料以及小地板。仿真结果显示。在工作频带内可获得15 dB的隔离度而不明显影响辐射特性。

　　在介绍如何去耦的文献中，多为单频天线，这是因为单频天线结构简单，实现去耦相对容易。另外一些文献介绍的天线大多工作在高频，高频天线结构尺寸小，所以相同情况下，高频天线的耦合要小很多。本文侧重研究多频天线，特别是覆盖较低工作频段的多频天线，其中介绍的天线阵实现3个频段(885～915 MHz，1 760～1 870 MHz和2 450～2 510 MHz)的工作特性，最低频段可以覆盖到900 MHz，并给出了多频天线的工作特性。

　　天线设计

　　由于手机尺寸有限，需选择尺寸小的三频天线作为天线单元。这里选择D．Kim在文献里介绍的一款3频天线。如图1所示，有两种方法放置天线。当短边相邻时，虽然天线的间距较小，但是它们的隔离度更高。一个简单的解释是由于PIFA天线上的电流和电压分布。在天线的开路端，电流为零，电压和电量最大。如果天线的开路段很近，如图1(b)所示，那么它们之间就会有很强的电磁耦合。

　　虽然选择了最好的方式来放置天线，但耦合依然很大。一种方法是使用悬空且和两个天线相连的连接带来减小耦合。天线的S参数特性如图4所示，可以看出连接带可明显降低天线的耦合度。图5～图7所示给出了天线在3个工作频段时的方向图。

　　另外一种是使用FR4材料以及小地板来减小耦合，天线结构如图8所示，天线阵的S参数仿真结果如图9所示。可以看出，在整个工作频段内，天线阵实现了低于15 dB的隔离度，并实现了较好的匹配效果。

　　小结

　　本文介绍一个可用于MIMO的二元PIFA天线阵，其中每个天线单元工作于3个频段。提出了两种方法来减小天线间的隔离度。一种是使用悬空且和两个天线相连的连接带。另外一种是使用FR4材料以及小地板。仿真结果显示，在工作频带内可以获得15 dB的隔离度而不明显影响辐射单元方向图。