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天線工程期末報告 評估MIMO中繼器在 800MHz頻段的天線隔離度 Masayuki Nakano Takahiro Hayashi and Hiroyasu Ishikawa KDDI RD Laboratories Inc. 2-1-15 Ohara, Fujimino-shi, SAITAMA 354-8502, JAPAN m-nakano@kddilabs.jp 班級：碩研電子一甲 學號：MA030203 姓名：李思賢 南台科技大學 Department of Electronic Engineering 摘要 在本文中，採用正交MIMO中繼系統的天線隔離極化是由計算機模擬評估。從結果來看，隔離度正交極化高於同極化。因此，使用正交極化技術的MIMO中繼器系統，預計能降低成本效益和提高性能。 * 前言 近年來，新的寬頻無線系統，如WiMAX和LTE (長期演進技術)已被引進。這些無線系統採用 MIMO（多入多出）技術，以獲得更高的高速數據通信。 在初始階段，這些系統部署在流量大的地方，如在城市環境，然後擴大到包括郊區。在最後階段，服務面積將擴大到包括農村地區。從基礎設施成本的角度來看，對於郊區和農村地區採取的基站中繼系統來說它是更有效的。 * MIMO架構 由於， MIMO傳輸和接收需要兩個以上的無線電頻道，因此?MIMO通信中繼系統較傳統中繼系統，所需的設備數量增加了一倍以上。 在一般情況下，MIMO被認為是基站台的施體天線?和服務天線流動區域之間的距離必須夠大，以減少無線電回波。此外，藉由加大施體天線之間的距離、減少無線電路徑的MIMO中繼器的相關係數，以獲取?MIMO的效果。 * 改善方法 要解決的MIMO中繼器成本較高的問題，在本文中，採用一個正交極化技術的中繼系統。在不增加之間互耦的一對?MIMO天線下，一個正交極化天線能整合兩個極化天線下方的單一天線罩。此外天線罩可以是緊湊的，如圖 1(C)所示。 * 天線的模擬模型 圖2為天線模型的構造。 (a)由縱向和橫向偶極子元素的2x2交叉偶極陣列平面天線。偶極子之間的交叉距離為 300mm，邊長為520毫米方形天線罩。(b)符號 H代表施體和服務天線在垂直平面之間的高度差。(c)施體天線和服務天線具有相同的結構。符號θ表示施體和服務天線之間在水平面的波束方向的角度差，服務天線有著 10度的垂直傾斜，相比之下，施體天線並無傾斜。天線和中心之間的水平距離是220mm，直徑是160mm。垂直和水平極化天線的增益約 13 dBi。 * 隔離度評估 圖 3(a)為天線波束的水平模式，圖 3(B)為天線波束的垂直模式。實線代表同極化；虛線表示正交極化。??基頻設定為840?MHz，這與日本蜂窩技術的中心頻率，800MHz頻段相同。在這裡，V -?POL和H -?POL之間的電壓駐波比相互耦合。這些天線小於2.0和-20分貝，分別在-0.97*?F0和1.03 *?F0的頻帶。 在V-POL和H -?POL之間 3dB波束寬度大約為 35度。?交叉極化比(XPR) 在V-POL和H -?POL的主波束和反射波束區域之間是高的。另一方面， XPR在側波束方向-120到-60和60至120度之間對於H –POL來說較低(圖 3(a))?。採用正交極化這些高的XPR可望改善一些施體和服務天線之間的隔離特性。 * 模擬結果 結果表明，使用正交極化的MIMO中繼器隔離度優於使用單一的垂直極化的MIMO中繼器。因此，正交極化能以非常低的成本建成MIMO中繼器使用。 * 結論 在本文中，正交極化的MIMO中繼系統隔離度是通過電腦模擬出來的。從模擬結果可以看出，MIMO中繼系統，使用正交極化技術後，具有符合成本效益及優良的性能。在今後的工作中，應評估施體和服務的天線在不同頻率與位置的效應。 * References [1] N. Michishita, H. Arai and Y. Ebine, “Mutual Coupling Characteristics of Binominal and Chebyshev Array Using 16 Element Patch Antennas with Choke of Repeater Systems”, 2003 IEEE AP-S, vol.1, pp.585-588, June 2003 [2] Y. Rikuta, Y.; H. Arai and Y. Ebine, “Mutual coupling suppression of two dipole antennas backed by optimized reflector,”IEEE AP-S, vol.2, pp.276-279, June 20