文 献 综 述
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研究背景与意义
- 研究背景
进入二十一世纪以来，通信行业一直保持着高速发展态势，而其中又以智能终端设备的的发展速度尤为突出。在用户对终端手机设备强劲需求的推动下，手机行业在短短几年时间内实现了从功能机向智能机的跨越，而且随着人们对于智能机外形、用户体验等方面需求的持续旺盛，智能机行业还将继续保持强大的生命力。与此同时，宽带无线通信网络的建设也为个人通信业务发展提供了强大的支持，在短短的几十年时间内，通信制式已经实现了从传统的单纯支持语音通信的模拟通信向能够支持多媒体业务的数字通信的跨越，发展到目前能够支持大数据流量的 4G LTE 通信技术，而 4G 技术的发展也预示着智能机行业的又一次巨大变革。目前，4G 基站已经开始在全球范围内进行大规模部署，而我国的 4G LTE技术发展也一直走在世界的前列。根据中国移动的相关统计数据显示[1]，截至 2014年 10 月，已经部署的 4G 基站数量达到 57 万余个，其建设规模已经稳居世界前列，实现了对市级区域的 4G 网络覆盖，同时 4G 用户数量也已经达到五千万。
总之，从1G的语音通话到2G的数字音频通信，从3G的电话视频、互联网接入到4G的高品质视频、音频服务，再到今日5G的研发，每一次的变革都会给人们的生活带来巨大的变化。
1.2研究意义
天线是无线网络设备进行信息传输的媒介，其辐射性能的优劣关乎整机的无线传输效能。在功能机时代，手机天线频带覆盖要求较低，因此可以通过采用单极子甚至外置螺旋天线来满足通信要求。进入智能机时代以后，随着通信技术的更新换代，智能机需要兼容的频段越来越多，而且加之 WIFI、蓝牙、导航等设备的加入，对于小尺寸、宽带、多频智能机天线的需求越来越旺盛。然而，由于设备内部金属器件的增多，留给天线设计的净空区域面积变得越来越有限，这也给宽带智能机天线设计带来了巨大的挑战。与此同时，在目前的 4G 通信模式中，为了进一步提高数据传输速率、提升频谱利用率，提出了 MIMO 技术与 OFDM 技术相结合的策略，能够有效改善频谱的利用效率，增强无线链路连接的可靠性。但是对于智能机而言，其天线设计空间极其受限，而且内部电磁环境较为复杂，这样极易导致MIMO天线单元之间产生强互耦，从而大幅度降低天线的辐射性能。因此，目前用于LTE智能机的MIMO天线设计中主要有以下两个方面的挑战：一是实现小尺寸、宽带、多频天线单元设计，LTE 智能机不仅需要满足 4G 通信频段要求，同时还需要兼容 3G、2G 通信制式，这就需要实现天线单元的带宽化和频带化；二是在保证天线单元宽带、多频覆盖的基础上，降低天线单元之间的电磁耦合，保证 MIMO 天线系统的性能。
2.移动通信中MIMO天线国内外的研究现状
对于多天线MIMO系统而言，在设计的过程中应该充分考虑到天线的尺寸、天线辐射效率以及信号相关性等影响因素，其理想传输环境是多个天线单元之间完全不相关，此时的系统信道容量达到峰值。然而，在小型设备内部，其空间十分有限而且电磁环境相对复杂，这就使得设计高隔离MIMO天线单元变得异常棘手[2]。也正是因为如此，目前关于MIMO天线的研究主要集中于对MIMO天线单元去耦技术的研究。
小型设备中，以手机为例，手机天线宽带技术的研究满足了近年来快速发展的多频手机的需求，主要有加载集总/分布式元件[3]、耦合馈电[3]、匹配电路以及可重构技术。具体而言，加载集总/分布式元件技术主要通过缩短天线谐振长度来减小天线的尺寸，其优点是易于工程实现。耦合馈电是近年来手机天线设计行业广泛采用的一种宽带技术，其典型结构主要分为馈电分支和寄生单元两部分，并且通过耦合的方式实现对寄生单元的激励，能够改善天线的阻抗匹配，实现天线的宽频带覆盖。匹配电路技术主要有高通、低通、带阻等具体实现形式，其原理是通过引入匹配电路的方式改善天线阻抗，被广泛应用于小型化宽带天线设计领域。可重构技术在手机天线中的应用目前主要为频率可重构，其实现主要通过借助于二极管、射频高速切换开关等方式。
目前，应用于智能机MIMO天线去耦的技术主要可以分为地板去耦结构、寄生单元去耦以及中和线去耦等[4]。其中，地板去耦指的是通过改变地板或者突出地的结构达到降低天线单元互耦的目的，因此地板去耦又可以分为突出地结构和地板缝隙两种具体形式。地板突出地指的是位于手机底部用于放置USB等金属器件的结构，对突出地的小幅度变形不会影响这些金属器件的正常使用，因此采用突出地结构的优点是不必增加额外的空间，有利于实现 MIMO 天线的小型化。
