一種用于筆記本電腦的雙頻段八天線(xiàn)系統(tǒng)

郭琳1,2王巖3杜正偉3高攸綱2石丹2

(1.北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院,北京 100876;2.工業(yè)和信息化部電信研究院,北京 100191;

3.清華大學(xué)電子工程系 清華信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(籌),北京 100084)

摘要提出了一種應(yīng)用于筆記本電腦的雙頻段八天線(xiàn)系統(tǒng)．該八天線(xiàn)系統(tǒng)由一個(gè)四天線(xiàn)系統(tǒng)、兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)T形諧振帶構(gòu)成．在分析了四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)的耦合機(jī)理后,提出了減小耦合的方法．實(shí)測(cè)結(jié)果表明:天線(xiàn)樣品在2.4-GHz 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network,WLAN)頻段的-10 dB公共阻抗帶寬為90 MHz(2.4~2.49 GHz),在5.2/5.8-GHz WLAN頻段的-10 dB公共帶寬為0.9 GHz(5.15~6.05 GHz),其中在5.15~5.19 GHz頻段內(nèi)的反射系數(shù)為-9.5～-10 dB;八個(gè)天線(xiàn)單元在2.4/5.2/5.8-GHz WLAN頻段內(nèi)的互耦均低于-15 dB;在2.4-GHz和5.2/5.8-GHz WLAN頻段內(nèi)的增益分別高于2.7 dBi和3.3 dBi、效率分別高于53%和65%．根據(jù)實(shí)測(cè)三維輻射方向圖計(jì)算了八天線(xiàn)系統(tǒng)的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)．

關(guān)鍵詞八天線(xiàn);四天線(xiàn);雙天線(xiàn);低互耦;筆記本電腦

中圖分類(lèi)號(hào)TN958.93

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號(hào)1005-0388(2015)04-0710-08

AbstractA dual-band octa-antenna system for laptop computers is proposed. The proposed octa-antenna system consists of a quad-antenna system, two dual-antenna system, and two T-shaped resonant strips. The mutual coupling between the quad-antenna system and the two dual-antenna systems is analyzed and reduced. The measured overlapped -10 dB impedance bandwidths of the fabricated antenna are 90 MHz (2.4~2.49 GHz) and 0.9 GHz (5.15~6.05 GHz) at the 2.4-GHz and 5.2/5.8-GHz WLAN bands, respectively. The reflection coefficient is between-9.5～-10 dB within the 5.15~5.19 GHz bands. The measured mutual couplings between the eight elements are all bellow -15 dB at the 2.4/5.2/5.8-GHz WLAN bands. The measured gains are

收稿日期：2014-09-25

作者簡(jiǎn)介

Dual-band octa-antenna system for laptop computers

GUO Lin1,2WANG Yan3DU Zhengwei3GAO Yougang2SHI Dan2

(1.SchoolofElectronicEngineeringofBUPT,Beijing100876,China;

2.ChinaAcademyofTelecommunicationResearchofMIIT,Beijing100191;

3.TsinghuaNationalLaboratoryforInformationScienceandTechnology,Department

ofElectronicEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

資助項(xiàng)目: 國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2012ZX03003002-002)； 北京市自然科學(xué)基金(4152025)； 廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013B010401025)

聯(lián)系人： 郭 琳 E-mail: guolin@emcite.com

better than 2.7/3.3 dBi with measured efficiencies higher than 53%/65% at the two bands, respectively. The envelop correlation coefficient is calculated based on the measured 3D radiation patterns.

Key words octa-antenna; quad-antenna; dual-antenna; mutual coupling; laptop computer

引言

多輸入多輸出(Multiple-Input and Multiple-Output, MIMO)技術(shù)在移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站端和移動(dòng)終端分別安裝多個(gè)天線(xiàn),在不增加發(fā)射功率和額外頻譜使用的情況下,利用無(wú)線(xiàn)通信信道的多徑效應(yīng)來(lái)增加系統(tǒng)容量、提高通信質(zhì)量[1]．由于MIMO系統(tǒng)的優(yōu)越性能,自MIMO技術(shù)提出以來(lái),已經(jīng)在基站端多天線(xiàn)系統(tǒng)[2]、移動(dòng)終端多天線(xiàn)系統(tǒng)[3-4]和系統(tǒng)容量[5-6]等方面得到了廣泛的關(guān)注和大量的研究．

無(wú)線(xiàn)認(rèn)證(Wireless-Fidelity, Wi-Fi)是一種將筆記本電腦、手機(jī)等移動(dòng)終端以無(wú)線(xiàn)方式連接到互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù),是各種移動(dòng)終端必備的功能之一．目前,幾乎所有的筆記本電腦都具有Wi-Fi功能．為了提高數(shù)據(jù)率來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的無(wú)線(xiàn)體驗(yàn),IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)已采用MIMO技術(shù),將數(shù)據(jù)率提升到最低1 Gbps、最高7 Gbps的水平[7]．為了滿(mǎn)足最新的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn),需要在筆記本電腦中安裝多天線(xiàn)系統(tǒng)．由于筆記本電腦中留給天線(xiàn)安裝的空間有限,設(shè)計(jì)適用于筆記本電腦的小尺寸、低互耦的多天線(xiàn)系統(tǒng)較為困難．

文獻(xiàn)中已有適用于筆記本電腦的多天線(xiàn)系統(tǒng)的報(bào)告．文獻(xiàn)[8-11]設(shè)計(jì)了可以工作在2.4/5.2/5.8-GHz 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network,WLAN)頻段的雙天線(xiàn)系統(tǒng),分別采用寄生單元[8]、雙頻帶狀諧振器[9]、嵌入螺旋槽的突出地結(jié)構(gòu)[10]以及嵌入T型槽的突出地結(jié)構(gòu)[11]來(lái)減小天線(xiàn)單元間的耦合．由于文獻(xiàn)[8-11]中的雙天線(xiàn)系統(tǒng)具有較小的尺寸、較低的互耦以及較好的輻射性能,它們能滿(mǎn)足實(shí)際的2×2 MIMO系統(tǒng)的應(yīng)用需求．未來(lái)的MIMO系統(tǒng)需要4×4和8×8的多天線(xiàn)系統(tǒng)[12]．文獻(xiàn)[13]驗(yàn)證了4×4 MIMO系統(tǒng)的容量在理論上是單輸入單輸出(Single Input and Single Output, SISO)系統(tǒng)的4倍．然而,有關(guān)在筆記本電腦中集成4個(gè)、6個(gè)或者8個(gè)具有低互耦的多天線(xiàn)系統(tǒng)的研究較少．文獻(xiàn)[14]設(shè)計(jì)了一款工作在2.4/5.2/5.8-GHz WLAN頻段的四天線(xiàn)系統(tǒng),采用嵌入T形槽的突出地結(jié)構(gòu)來(lái)減小天線(xiàn)之間的耦合．另外,文獻(xiàn)[15]設(shè)計(jì)了一款工作在2.4-GHz WLAN頻段的六天線(xiàn)系統(tǒng)．為了滿(mǎn)足最新的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn),本文將設(shè)計(jì)一款工作在2.4 (2 400~2 484 MHz)/5.2(5 150~5 350 MHz)/5.8 (5 725~5 875 MHz)-GHz WLAN頻段的八天線(xiàn)系統(tǒng)．

八天線(xiàn)系統(tǒng)可以由兩個(gè)四天線(xiàn)系統(tǒng)、一個(gè)四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)或者四個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)成,為了利用已有設(shè)計(jì)成果并減小天線(xiàn)設(shè)計(jì)周期,本文將充分利用已有文獻(xiàn)中的雙天線(xiàn)系統(tǒng)和四天線(xiàn)系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)八天線(xiàn)系統(tǒng)．本文所設(shè)計(jì)的八天線(xiàn)系統(tǒng)由一個(gè)四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)成,在分析天線(xiàn)之間的耦合機(jī)理后,通過(guò)使用T形諧振帶來(lái)減小天線(xiàn)之間的耦合,最終設(shè)計(jì)出了一款工作在2.4/5.2/5.8-GHz WLAN頻段的具有較好阻抗匹配和較低互耦的八天線(xiàn)系統(tǒng)．

1天線(xiàn)結(jié)構(gòu)及參數(shù)

圖1為所設(shè)計(jì)的八天線(xiàn)系統(tǒng),該八天線(xiàn)系統(tǒng)由一個(gè)四天線(xiàn)系統(tǒng)、兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)以及兩個(gè)T形諧振帶構(gòu)成,四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)的原型分別參考了我們已經(jīng)設(shè)計(jì)的四天線(xiàn)系統(tǒng)[14]和雙天線(xiàn)系統(tǒng)[11]．四天線(xiàn)系統(tǒng)[14]由兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)和一個(gè)解耦單元構(gòu)成,構(gòu)成四天線(xiàn)系統(tǒng)的兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)的原型也參考了我們?cè)O(shè)計(jì)的雙天線(xiàn)系統(tǒng)[11]．所以,該八天線(xiàn)系統(tǒng)亦可以認(rèn)為是由四個(gè)雙天線(xiàn)(雙天線(xiàn)1、雙天線(xiàn)2、雙天線(xiàn)3、雙天線(xiàn)4)、一個(gè)解耦單元和兩個(gè)T形諧振帶(T形帶1、T形帶2)構(gòu)成．為了更好地將天線(xiàn)安裝在筆記本電腦上,四個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)和解耦單元具有各自的地結(jié)構(gòu)．在實(shí)驗(yàn)中,雙天線(xiàn)的地和解耦單元的地均被顯示器金屬地覆蓋(即共地)．四個(gè)雙天線(xiàn)、解耦單元以及其地結(jié)構(gòu)均印刷在相對(duì)介電常數(shù)為4.4、損耗角正切為0.02、厚度為0.8 mm的單面FR4介質(zhì)板上．四個(gè)雙天線(xiàn)位置的選擇由筆記本電腦的整體布局決定,對(duì)八天線(xiàn)系統(tǒng)性能的影響可以通過(guò)對(duì)天線(xiàn)參數(shù)(d1和d2, 如圖1 (b)所示)的優(yōu)化來(lái)抵消,具體天線(xiàn)尺寸如圖1和表1所示．顯示器金屬地是一塊尺寸為260 mm×200 mm、厚度為0.2 mm的金屬銅板,用于模擬13英寸筆記本電腦的顯示器以及其他電路．

(a) 八天線(xiàn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和尺寸

(b) 各個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和尺寸

(c) 解耦單元的結(jié)構(gòu)和尺寸 圖1　八天線(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和尺寸(單位:mm)

雙天線(xiàn)1雙天線(xiàn)2雙天線(xiàn)3雙天線(xiàn)4d10.90.60.90.9d20.90.90.60.9

雙天線(xiàn)系統(tǒng)的原型為我們已經(jīng)設(shè)計(jì)的一款工作在2.4/5.2/5.8-GHz頻段的雙天線(xiàn)系統(tǒng)[11],該雙天線(xiàn)系統(tǒng)由兩個(gè)天線(xiàn)單元和一個(gè)嵌入T型槽的突出地構(gòu)成,如圖1(b)所示．天線(xiàn)單元為由一個(gè)激勵(lì)分枝和一個(gè)寄生環(huán)構(gòu)成的耦合饋電環(huán)天線(xiàn)．寄生環(huán)主要工作在2.4-GHz WLAN頻段,諧振在四分之一波長(zhǎng)環(huán)模式．激勵(lì)分枝主要工作在5.2/5.8-GHz WLAN頻段,諧振在四分之一波長(zhǎng)單極子模式．突出地以及嵌入在突出地結(jié)構(gòu)中的T形槽分別用來(lái)減小兩個(gè)天線(xiàn)單元在5.2/5.8-GHz WLAN頻段和2.4-GHz WLAN頻段的耦合．

四天線(xiàn)系統(tǒng)的原型為我們已經(jīng)設(shè)計(jì)的一款工作在2.4/5.2/5.8-GHz頻段的四天線(xiàn)系統(tǒng)[14],該四天線(xiàn)系統(tǒng)由兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)和一個(gè)解耦單元構(gòu)成．由于表面波的作用,當(dāng)一個(gè)雙天線(xiàn)激勵(lì)時(shí),表面波會(huì)沿著顯示器金屬地傳播到另一個(gè)雙天線(xiàn),從而造成較強(qiáng)的耦合．為了減小兩個(gè)雙天線(xiàn)之間的耦合,文獻(xiàn)[14]在兩個(gè)雙天線(xiàn)之間引入一個(gè)解耦單元．該解耦單元由一個(gè)嵌入三個(gè)T形槽的突出地構(gòu)成,如圖1(c)所示,T形槽2、T形槽1和3別諧振在2.442 GHz、5.5 GHz,用于抑制顯示器金屬地上的表面波傳播,從而在2.4/5.2/5.8-GHz WLAN 頻段內(nèi)減小兩個(gè)雙天線(xiàn)之間的耦合．

如果直接將四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)安裝在顯示器金屬地上,四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)間將會(huì)有很強(qiáng)的耦合．為了減小耦合,本文在四天線(xiàn)系統(tǒng)和雙天線(xiàn)系統(tǒng)之間引入兩個(gè)T形諧振帶,如圖1(a)所示．為了更好地理解所設(shè)計(jì)的八天線(xiàn)系統(tǒng),下一節(jié)將深入分析四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)之間的耦合機(jī)理和解耦方法．最后,為了測(cè)試該八天線(xiàn)系統(tǒng),8根半鋼電纜(SFT50-1)的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體分別連接在如圖1 (b)所示的A1～A8和B1～B8處．

2工作機(jī)理分析

文獻(xiàn)[11]已詳細(xì)地分析了雙天線(xiàn)系統(tǒng)中兩個(gè)天線(xiàn)單元之間的耦合機(jī)理及其解耦方法,文獻(xiàn)[14]已詳細(xì)地分析了四天線(xiàn)系統(tǒng)中兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)之間的耦合機(jī)理及其解耦方法,本文將主要分析四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)間的耦合機(jī)理及其解耦方法．下面,本節(jié)將首先分析四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)間的耦合機(jī)理,然后提出減小耦合的方法．本文中的所有仿真結(jié)果均為利用高頻結(jié)構(gòu)仿真軟件(High Frequency Structure Simulate, HFSS)仿真得到．

2.1四天線(xiàn)系統(tǒng)和雙天線(xiàn)系統(tǒng)之間的耦合機(jī)理

為了分析四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)間的耦合情況,圖2給出了在沒(méi)有兩個(gè)T形諧振帶時(shí),八天線(xiàn)系統(tǒng)的S參數(shù)．由于天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性,S11=S88、S22=S77、S33=S66、S44=S55、S12=S87、S13=S86、S14=S85、S15=S84、S16=S83、S17=S82、S23=S76、S24=S75、S25=S74、S26=S73、S34=S65、S35=S64．此外,由于S13、S14、S15、S16、S17、S18、S24、S25、S26、S27、S28、S34、S35、S36、S37、S38、S46、S47和S48都比較小,本文僅給出S11、S22、S33、S44、S12、S23、S34、S45的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果．

(b) 耦合系數(shù) 圖2　沒(méi)有T形諧振帶時(shí)的仿真S參數(shù)

由圖2(b)可以看出：當(dāng)沒(méi)有T形諧振帶時(shí),單元2和單元3在2.4-GHz WLAN頻段的互耦高于-15 dB; 而單元2和單元3在5.2/5.8-GHz WLAN 頻段以及其他單元在2.4/5.2/5.8-GHz WLAN 頻段的互耦均低于-15 dB．根據(jù)文獻(xiàn)[11,14]的分析,單元2和單元3之間的耦合來(lái)自表面波耦合,即當(dāng)單元2(3)激勵(lì)時(shí),表面波沿著顯示器金屬地傳播到單元3(2),從而造成較強(qiáng)的耦合．在5.2/5.8-GHz WLAN頻段,表面波在顯示器金屬地的拐角處(不連續(xù)處)會(huì)有較大的輻射,因而單元2和單元3在5.2/5.8-GHz WLAN頻段的耦合變?nèi)酰送?當(dāng)單元1(4)激勵(lì)時(shí),由于集成在雙天線(xiàn)系統(tǒng)突出地上的T形槽可以抑制表面波的傳播,S12、S34、S45都比較?。?對(duì)于八天線(xiàn)系統(tǒng),單元2(7)和單元3(6)在2.4-GHz WLAN頻段的耦合較強(qiáng)．因此,由于表面波的作用,八天線(xiàn)系統(tǒng)不能簡(jiǎn)單地由一個(gè)四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)組成．

2.2四天線(xiàn)系統(tǒng)和雙天線(xiàn)系統(tǒng)之間的解耦方法

為了設(shè)計(jì)八天線(xiàn)系統(tǒng),需要減小四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)間的耦合,即需要抑制四天線(xiàn)系統(tǒng)和兩個(gè)雙天線(xiàn)系統(tǒng)間的表面波．由于諧振的T形帶可以抑制表面波傳播[16],此處可以用來(lái)減小單元2/3(6/7)之間的耦合．本文選擇T形諧振帶作為解耦方法僅僅是為了驗(yàn)證八天線(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,其它任何可以抑制表面波的方法(如缺陷地結(jié)構(gòu)、電磁帶隙結(jié)構(gòu))均可用來(lái)作為解耦方法．由于單元2和單元3僅僅在2.4-GHz WLAN頻段的耦合較強(qiáng),而在5.2/5.8-GHz WLAN頻段的耦合較弱,T形諧振帶僅需要在2.4-GHz WLAN頻段抑制表面波傳播．圖3給出了圖1所示八天線(xiàn)系統(tǒng)的仿真S參數(shù).由圖3可知,S12、S23、S34和S45在2.4/5.2/5.8-GHz WLAN頻段的互耦均低于-15 dB,可見(jiàn)T形諧振帶抑制了表面波的傳播從而減小了單元間的耦合．

(a) 反射系統(tǒng)

(b) 耦合系數(shù) 圖3　八天線(xiàn)系統(tǒng)的仿真S參數(shù)

為了深入地理解T形諧振帶的工作機(jī)理,圖4給出了有、無(wú)T形諧振帶時(shí),天線(xiàn)工作在2.442 GHz

和5.5 GHz時(shí)的表面電流分布圖．圖4是在天線(xiàn)單元2接激勵(lì)源、其他天線(xiàn)單元接匹配負(fù)載的情況下得到的．由圖4(a)和(b)可知：當(dāng)沒(méi)有T形諧振帶時(shí),天線(xiàn)單元3在2.442 GHz時(shí)感應(yīng)出較強(qiáng)的耦合電流,而在5.5 GHz時(shí)感應(yīng)的電流較弱；其他天線(xiàn)單元在2.442 GHz和5.5 GHz時(shí)的感應(yīng)電流全部較弱,此現(xiàn)象與圖2的S參數(shù)仿真結(jié)果一致．由圖4(c)可知,T形諧振帶諧振在2.442 GHz,可以抑制表面波的傳播,故天線(xiàn)單元3上的感應(yīng)電流明顯減?。蓤D4(d)可知,T形諧振帶在5.5 GHz不諧振,

(a) 2.442 GHz時(shí)的電流分布圖(無(wú)T形帶)

(b) 5.5 GHz時(shí)的電流分布圖(無(wú)T形帶)

(c) 2.442 GHz時(shí)的電流分布圖(有T形帶)

(d) 5.5 GHz時(shí)的電流分布圖(有T形帶) 圖4　天線(xiàn)單元2激勵(lì)時(shí)的電流分布圖

它對(duì)表面波的影響較小,故對(duì)天線(xiàn)單元3上的感應(yīng)電流影響較小．

3測(cè)試結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證上述仿真結(jié)果,根據(jù)圖1所示天線(xiàn)結(jié)構(gòu)和參數(shù)以及表1中的參數(shù)制作了天線(xiàn)樣品,如圖5所示．利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Agilent E5071B對(duì)天線(xiàn)樣品的S參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,并在微波暗室ETS-Lindgren AMS-8500對(duì)天線(xiàn)樣品的輻射性能進(jìn)行了測(cè)試．

圖5　天線(xiàn)樣品照片

3.1S參數(shù)

該八天線(xiàn)系統(tǒng)的仿真和實(shí)測(cè)S參數(shù)分別如圖3和圖6所示,在八天線(xiàn)系統(tǒng)S參數(shù)的測(cè)試過(guò)程中,所有沒(méi)有使用的端口均接50 Ω匹配負(fù)載．由圖3可知:八個(gè)天線(xiàn)單元在2.4~2.54 GHz頻段內(nèi)的仿真反射系數(shù)均小于-10 dB、八個(gè)天線(xiàn)單元在4.6~6.54 GHz頻段內(nèi)的仿真反射系數(shù)均小于-10 dB,可以覆蓋2.4/5.2/5.8-GHz WLAN 頻段;在2.4/5.2/5.8-GHz WLAN頻段內(nèi)八個(gè)天線(xiàn)單元之間的仿真互耦均低于-15 dB．由圖6可知:八個(gè)天線(xiàn)單元在2.4~2.49 GHz頻段內(nèi)的實(shí)測(cè)反射系數(shù)均小于-10 dB、天線(xiàn)單元4(5)在5.15~5.19 GHz頻段內(nèi)的實(shí)測(cè)反射系數(shù)為-9.5～-10 dB、八個(gè)天線(xiàn)單元(除天線(xiàn)單元4和5)在5.15~6.05 GHz頻段內(nèi)的實(shí)測(cè)反射系數(shù)均小于-10 dB,可以較好地覆蓋2.4/5.2/5.8-GHz WLAN頻段;在2.4/5.2/5.8-GHz WLAN頻段內(nèi)八個(gè)天線(xiàn)單元之間的實(shí)測(cè)互耦均低于-15 dB．仿真和實(shí)測(cè)的差異來(lái)自仿真軟件的計(jì)算精度、天線(xiàn)的加工精度以及測(cè)試誤差．

(a) 反射系統(tǒng)

(b) 耦合系統(tǒng) 圖6　天線(xiàn)樣品的實(shí)測(cè)S參數(shù)

3.2輻射性能

該八天線(xiàn)系統(tǒng)工作在2.442 GHz、5.25 GHz、5.8 GHz時(shí)的實(shí)測(cè)三維輻射方向圖如圖7所示,在輻射方向圖測(cè)試過(guò)程中,所有沒(méi)有使用的端口均接50 Ω匹配負(fù)載．由圖7可知,八個(gè)天線(xiàn)單元的輻射方向圖具有一定的互補(bǔ)性,可以提供一定的方向圖分集．另外,由于八個(gè)天線(xiàn)單元的安裝位置不同,可以提供一定的空間分集．所以,該八天線(xiàn)系統(tǒng)可以同時(shí)提供方向圖分集和空間分集．

該八天線(xiàn)系統(tǒng)在2.4/5.2/5.8-GHz WLAN頻段內(nèi)的實(shí)測(cè)天線(xiàn)增益和天線(xiàn)效率分別如圖8和圖9所示．由圖8可知,在2.4-GHz WLAN頻段和5.2/5.8-GHz WLAN頻段,天線(xiàn)的實(shí)測(cè)增益分別高于2.7 dBi和3.3 dBi．由圖9可知,在2.4-GHz WLAN頻段和5.2/5.8-GHz WLAN頻段,天線(xiàn)的實(shí)測(cè)效率分別高于53%和65%．八個(gè)天線(xiàn)單元增益和效率的不同是由于各個(gè)天線(xiàn)單元所處位置的不同造成的．

3.3包絡(luò)相關(guān)系數(shù)

包絡(luò)相關(guān)系數(shù)(Envelop Correlation Coefficient, ECC)表征兩個(gè)天線(xiàn)單元接收信號(hào)的相關(guān)性,是評(píng)價(jià)一個(gè)多天線(xiàn)系統(tǒng)分集性能的指標(biāo)．基于文獻(xiàn)[17]的計(jì)算方法,根據(jù)天線(xiàn)樣品實(shí)測(cè)三維輻射方向圖數(shù)據(jù)計(jì)算得到該天線(xiàn)樣品的分集性能,如表2所示．由于天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性,僅給出ρ12、ρ13、ρ14、ρ15、ρ16、ρ17、ρ18、ρ23、ρ24、ρ25、ρ26、ρ27、ρ34、ρ35、ρ36和ρ45．在表2中,ρij表示天線(xiàn)單元i和天線(xiàn)單元j的相關(guān)系數(shù),Γ是入射波的交叉極化率(垂直的功率密度與水平的功率密度之比),假設(shè)Γ為0 dB(典型室內(nèi)環(huán)境)或6 dB(典型市區(qū)環(huán)境)．由表2可知,八天線(xiàn)系統(tǒng)的八個(gè)天線(xiàn)單元之間的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)非常小(全部小于0.0245),滿(mǎn)足MIMO系統(tǒng)的應(yīng)用需求．

圖7　天線(xiàn)樣品在不同頻率的輻射方向圖測(cè)試結(jié)果

(a) 2.4-GHz WLAN頻段的增益

(b) 5.2/5.8-GHz WLAN頻段的增益 圖8　天線(xiàn)樣品的增益測(cè)試結(jié)果

(a) 2.4-GHz WLAN頻段的效率

(b) 5.2/5.8-GHz WLAN頻段的效率 圖9　天線(xiàn)樣品的效率測(cè)試結(jié)果

頻率/GHz2.4425.255.8Γ/dB060606包絡(luò)相關(guān)系數(shù)(10-4)ρ1210.64.510.6244.315.527.21ρ1333.61010.032.206.383.10ρ140.743.871.486.755.600.97ρ157.7824.40.881.817.154.52ρ160.053.102.091.280.161.08ρ176.284.7921.914.211.97.96ρ184.9310.812.211.835.475ρ2310961.472.863.80.451.09ρ2486.247.283.638.176.621.2ρ2568.431.80.214.520.776.36ρ2621.931.94.622.4411.514.9ρ272.221.403.242.144.112.68ρ3456.44.784.3341.92.9910.1ρ359.2425.83.733.851.325.48ρ362.721.254.705.264.051.57ρ451222453.111.3950.672.0

4結(jié)論

提出了一種應(yīng)用于筆記本電腦的雙頻段八天線(xiàn)系統(tǒng)．天線(xiàn)樣品在2.4/5.2/5.8-GHz WLAN頻段內(nèi)具有較好的阻抗匹配和較低的互耦．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該八天線(xiàn)系統(tǒng)具有良好的輻射性能和較好的分集性能．

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