5、先进无线通信与MIMO天线技术解析

先进无线通信与MIMO天线技术解析

1. 无线通信技术进展

随着社会和经济活动对无线通信的需求不断增长，5G新无线电（NR）技术应运而生，它能够满足无线通信指数级增长的需求，提供比4G技术更高的数据速率。5G - NR频段分为低、中、高三个频段：
|频段类型|频率范围|应用场景|
| ---- | ---- | ---- |
|低频段|低于1GHz|大规模物联网和移动宽带|
|中频段|3.4 - 3.8GHz、3.8 - 4.2GHz、4.4 - 4.9GHz| - |
|高频段（毫米波）|24.25 - 27.5GHz、27.5 - 29.5GHz、37 - 40GHz、64 - 71GHz| - |

物联网（IoT）网络对更大带宽的需求促使人们将关注点从较低频率的超高频（UHF，0.3 - 3GHz）转向更高频率和毫米波（30 - 300GHz）。宽带通信在低功率下具有有限的功率谱密度和高数据速率的超宽带（UWB）信号。通过将UWB与多输入多输出（MIMO）技术相结合，无需增加多通道的输入功率即可实现更高的数据速率，同时UWB和MIMO技术在短距离高速通信中具有更好的质量、更高的容量和可靠性。

1.1 现有天线设计

目前，针对不同频段已经设计出了多种宽带4G和5G天线：
- 印刷开槽贴片UWB天线 ：通过串联和并联电阻控制电流分布，拓宽阻抗带宽，提高0.1 - 3.0GHz应用的效率。
- 双层超材料单元天线 ：两侧有矩形贴片和矩形槽，是高选择性双极化滤波天线，覆盖3.25 - 3.85GHz频率，尺寸为57