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移動(dòng)通信的無(wú)線(xiàn)信道技術(shù)分析論文
摘要：隨著(zhù)現代通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種無(wú)線(xiàn)通信設備的應用場(chǎng)合日益擴展。與此同時(shí)，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)也已被廣泛應用于GSM、WiMAX、TD-CDMA、全球衛星定位系統、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等領(lǐng)域。信息技術(shù)的飛速發(fā)展對各種新型的移動(dòng)終端通信設備也突出了更高的要求，如小型化、多功能、高性能等等。文章主要分析了移動(dòng)通信中的無(wú)線(xiàn)信道技術(shù)，以供同行參考。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信；無(wú)線(xiàn)信道技術(shù)；微帶天線(xiàn)；小型化
中圖分類(lèi)號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1673-1131（2016）05-0251-02
引言
伴隨著(zhù)近年來(lái)快速發(fā)展的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，越來(lái)越多的電子設備采用無(wú)線(xiàn)通信的方式，各種移動(dòng)通信制式也在持續增加，造成了頻譜資源的日益緊張，傳統的單頻通信器件已不能滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)通信的迫切需求。而同時(shí)采用多個(gè)單頻通信器件的級聯(lián)來(lái)實(shí)現多通帶的方式將使通信設備的成本和體積都大大增加。天線(xiàn)作為現代無(wú)線(xiàn)通信系統中最重要的前端部件，其設計要求隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展而不斷提高，小型化、多極化、多頻段、寬帶化是當前天線(xiàn)技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。因此，通過(guò)借助無(wú)線(xiàn)信道技術(shù)，研究設計出性能優(yōu)異、能夠滿(mǎn)足目前多樣化通信要求的多頻帶天線(xiàn)具有十分重要的意義。
1使用加載的無(wú)線(xiàn)信道技術(shù)分析
使用加載的方法，顧名思義，就是在天線(xiàn)的輻射單元上加入額外的元件以達到改變天線(xiàn)輻射單元上電流分布情況的目的。加載可以分為介質(zhì)加載，集總元件加載，短路針加載和頂加載等不同情況。此外，采用介質(zhì)加載的小型化天線(xiàn)，通過(guò)加載介質(zhì)使得天線(xiàn)的諧振頻率顯著(zhù)降低，從而有效地減小了天線(xiàn)的尺寸。但是加載高介電常數的介質(zhì)板一般不容易實(shí)現，需要由復雜的過(guò)程合成，其中典型的代表就是低溫共燒陶瓷（LTCC）材料，此類(lèi)材料除了可以獲得高介電常數外還具有比較穩定的輻射特性以及較低的介質(zhì)損耗，采用LTCC技術(shù)可以有效實(shí)現天線(xiàn)的小型化，但由于加工制作難度大而極大地限制了它的應用。RichardH.Chen等人通過(guò)在天線(xiàn)的半波長(cháng)槽里面加載一對背向放置、關(guān)于天線(xiàn)軸對稱(chēng)的C形環(huán)的方法實(shí)現其小型化。通過(guò)對比加載前后天線(xiàn)的頻率響應特性結果可以看到，加載C形環(huán)之后，天線(xiàn)的諧振頻率得到了顯著(zhù)的降低，從而實(shí)現了大約50%的尺寸縮減。但需要注意的是，加載之后的天線(xiàn)帶寬變窄，而且隨著(zhù)小型化程度的加深，天線(xiàn)增益也會(huì )隨之變差，這些對于要求高增益、寬頻帶天線(xiàn)的應用是極為不利的。在槽天線(xiàn)的環(huán)形槽里面加載若干對槽形枝節可以改變天線(xiàn)的電流路徑，這里主要是使得它的電流路徑增長(cháng)，從而減小諧振頻率，并最終達到減小天線(xiàn)尺寸的目的。與此同時(shí)，通過(guò)這樣的加載方法，還較好地保持了天線(xiàn)原本的的平面結構特性，并未增加天線(xiàn)加工制作的難度，而且可以減小天線(xiàn)的交叉極化。但是不可忽視的是在天線(xiàn)尺寸減小、頻率向低頻偏移的過(guò)程中，天線(xiàn)的帶寬也隨之變窄，天線(xiàn)性能發(fā)生了一定程度的惡化。
2應用分形結構的無(wú)線(xiàn)信道技術(shù)分析
分形這一概念起源于幾何中的分形圖形，由Mandelbrot最早提出這一概念，由于其自身一些特殊的性質(zhì)如空間填充性和自相似性等而迅速被應用到天線(xiàn)的小型化、寬頻帶或者多頻帶設計中。應用于天線(xiàn)設計時(shí)既是一種寬頻帶方法，也是一種小型化方法，還可用于多頻帶天線(xiàn)的設計。分形結構的空間填充性決定了采用分形結構的輻射片可以在不增加天線(xiàn)原來(lái)尺寸的基礎上增長(cháng)電流路徑、減小諧振頻率，從而實(shí)現天線(xiàn)的小型化；另一方面，在實(shí)現分形過(guò)程中需要不斷的對輻射片或接地板進(jìn)行劃分和切割，這樣就降低了天線(xiàn)的Q值，從而拓寬天線(xiàn)頻帶。天線(xiàn)設計中常用的分形結構有Hilbert分形曲線(xiàn)、謝爾賓斯基分形地毯、Minkowski分形曲線(xiàn)、Koch分形曲線(xiàn)等等。例如MustafaK.TaherAl-Nuaimi等人針對印刷槽天線(xiàn)提出了一種小型化技術(shù)。文章用Minkowski分形曲線(xiàn)代替傳統的方形槽，通過(guò)對比采用第一、二、三階分形結構的天線(xiàn)性能，可以看到第三階分形天線(xiàn)的諧振頻率明顯下降，最終使得天線(xiàn)尺寸相比于傳統方形槽而言縮減小了約33.6%，文章對分形天線(xiàn)的輻射、阻抗、增益等性能進(jìn)行了詳細分析，得出結論：在尺寸減小的同時(shí)，還較好地保持了天線(xiàn)其他方面的性能。AnanthSundaram等人在2007年設計的Koch分形折疊槽天線(xiàn)及對應的頻率響應特性，該天線(xiàn)將Koch分形結構應用到折疊槽天線(xiàn)設計中，通過(guò)對比傳統的槽天線(xiàn)及第一階、第二階天線(xiàn)的頻率響應特性可見(jiàn)隨著(zhù)分形次數增加，天線(xiàn)的諧振頻率降低，特別是一階分形天線(xiàn)跟傳統方形槽天線(xiàn)相比較時(shí)，頻率下降更顯著(zhù)。因此，利用Koch分形可以有效地實(shí)現天線(xiàn)的小型化設計，獲得更緊湊的結構。同時(shí)，隨著(zhù)分形次數的增加，天線(xiàn)的通帶特性基本不受影響，10-dB回波損耗帶寬有所減小。另外，HomayoonOraizi等人結合兩種不同的分形結構，即將皮亞諾曲線(xiàn)分形和謝爾賓斯基地毯分形結合起來(lái)應用到微帶天線(xiàn)輻射貼片的設計中，通過(guò)對輻射貼片進(jìn)行分形處理的過(guò)程和采用不同分形時(shí)天線(xiàn)的頻率響應特性對比發(fā)現，兩種分形結構的結合使用，天線(xiàn)的第一個(gè)諧振頻率（基頻）顯著(zhù)下降，從而實(shí)現了天線(xiàn)的小型化設計。此外，該天線(xiàn)還擁有全向輻射模式，良好的增益及較高的效率。因此，應用分形實(shí)現天線(xiàn)的小型化時(shí)還較好地保持了其優(yōu)異的性能。相對于前述兩種天線(xiàn)的小型化方法而言，改變天線(xiàn)輻射貼片的形狀應用比較廣泛。歸結起來(lái)，主要有蜿蜒折疊輻射貼片和在輻射片上打孔開(kāi)縫兩種情形。蜿蜒折疊輻射片主要是使得天線(xiàn)的有效電流路徑增長(cháng)，具有曲流作用；天線(xiàn)的孔或者縫可以提高其Q值，同時(shí)也具有一定的曲流作用。需要說(shuō)明的是，這幾種小型化的技術(shù)手段并不是相互獨立、互不相干的，比如打孔開(kāi)縫既屬于改變輻射貼片形狀，有時(shí)候也可以理解為一種加載技術(shù)。
3采用新型材料或結構的無(wú)線(xiàn)信道技術(shù)分析
近年來(lái)，超材料（Metamaterial，MM）的發(fā)現為電磁理論的研究開(kāi)辟了一個(gè)全新的方向，具有廣闊的應用前景，MM在天線(xiàn)領(lǐng)域的應用也獲得了極大的關(guān)注。2012年，TongLi等人采用具有較高電容值的交趾電容加載的環(huán)形諧振器（interdigitalcapacitanceloadingloopresonator，IDCLLR）取代傳統分裂環(huán)諧振器（split-ringresonator，SRR）對單極子超寬帶天線(xiàn)進(jìn)行加載。通過(guò)對比SSR及IDCLLR、加載了IDCLLR的超寬帶天線(xiàn)相應的頻率響應特性現，相比于傳統的SRR，IDCLLR的加入可以有效地實(shí)現緊湊型陷波超寬帶天線(xiàn)的設計。此外，DaliaM.Elsheakh等人對印刷的平面倒F天線(xiàn)（printedinverted-Fantennas，PIFA）進(jìn)行的改進(jìn)，可以看到，采用L形枝節加載并結合運用EBG結構代替傳統微帶天線(xiàn)的地平面可以有效地減小天線(xiàn)基頻，實(shí)現減小其尺寸的效果。同時(shí)，通過(guò)對不同形式的EBG結構進(jìn)行對比研究，結果表明，該天線(xiàn)能較好地實(shí)現天線(xiàn)的小型化設計，尺寸縮減了大約80%，同時(shí)較好地保持了天線(xiàn)各個(gè)方面的優(yōu)良特性。
4結語(yǔ)
隨著(zhù)電路集成度的不斷提高，無(wú)線(xiàn)通信電子產(chǎn)品越來(lái)越小巧便捷，無(wú)線(xiàn)通信設備終端天線(xiàn)的小型化也就隨之成為當前所有天線(xiàn)設計中不可避免的趨勢。天線(xiàn)的小型化即通過(guò)一些技術(shù)手段在保證天線(xiàn)一定性能的前提下減小天線(xiàn)的體積，或者使某一尺寸固定的天線(xiàn)收發(fā)更低頻段的電磁波。不管怎樣，小型化的實(shí)質(zhì)在于增大收發(fā)電磁波波長(cháng)和天線(xiàn)尺寸的比值，既可以采用更小尺寸的天線(xiàn)對某一頻段的電磁波進(jìn)行收發(fā)，從而節省天線(xiàn)所占的面積。常用的小型化技術(shù)如：使用加載技術(shù)、使用分形幾何形狀、改變輻射貼片形狀、增加介電常數、引入有源網(wǎng)絡(luò )、采用計算機算法輔助設計等。其中又以使用加載、采用分形結構、改變輻射貼片形狀的方法應用最為廣泛。而采用分形結構、改變輻射貼片形狀都是以改變天線(xiàn)輻射貼片表面電流的路徑為目的的。
參考文獻：
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