一、简介
mimo 天线系统可以在同一时间内在多个独立信道传输不同的数据流。因此在不改变收发功率和信道带宽的情况下可以有效的增加信道容量。但是多天线的固有性质使得多天线系统的占用空间远大于单天线系统，这在工程应用上是有弊的。为使得多天线系统的占用空间尽可能地小，工程上一直在研究以寻求更小的天线单元间距。然而当天线单元相互靠近的时候，他们之间会产生互耦合，从而导致系统的性能降低。mimo 系统的互耦可能是由于空间波、表面电流以及表面波引起。对于传统的 mimo 系统，有两种常用的去耦策略——阻塞和中和。在阻塞类别的去耦策略中，是通过在两个天线单元之间引进屏障从而减小二者之间的相互耦合。而在中和类别的去耦策略中，是引进了一条新的路径，用于抵消系统原有的耦合路径。这二者都需要在原有的天线系统中引入新的结构，在工程上使得制造变得复杂，以及成本的上升。为实现紧凑型系统中 mimo天线的去耦效果，本工作基于郑显颖等人的工作（参考文献[1])，试图引进一个包裹天线的倒置的椭圆锥介质块，在两个紧密排布的单极子天线周围形成一个介质-空气边界。当第一个天线被激发的时候，介质内部会出现“场谷”，将第二个天线放在谷中，以获得良好的隔离度，以实现去耦效果。这项工作主要是对介质块的形状和尺寸进行优化，以获得更好的去耦效果。
本文的第二节内容为天线设计，叙述天线的基本形状和尺寸结构。第三节为扫参对比，是对
天线尺寸的探究和优化。第四部分为参考文献。
二、天线设计
本节主要展示天线的基本构造及相关参数，去耦机制在参考文献[2]中有较好的解释，这里
不再赘述。
基本构造图如图 1 所示。
图 １. 基本构造图
图 ２.参数数据表格
三、扫参对比
由节ⅱ提出的参数，即表 2 所示参数，经过 cst 软件仿真得到如图 3、图 4、图 5 所示各结果。其中图 3 展示为 s 参数，图 4 展示为激励单极子的电场分布，图 5 展示为 e 面和 h 面的方向图。
图 ３. 基础参数 s 参数图
图 ４. 基础参数单极子激励电场分布（3.5ghz）
图 ５. 基础参数方向图
为探究更好的去耦效果和方向图，对参数：介质锥体倾角 x、介质锥体 x 轴长度 a、介质高度 hd、介质椭圆面 yx 轴长度比 k 进行修改探究。
1.介质锥体倾角 x 探究
基于节ⅱ提出的参数设定其他参数不变，即表 2 基础参数。依次修改倾角 x 为 20°和 40°。
得到仿真结果如图 6、7、8；图 9、10、11 所示。
图 ６. 20°倾角 s 参数图
图 ７. 20°倾角单极子激励电场分布（3.5ghz）
图 ８. 20°倾角方向图
图 ９. 40°倾角 s 参数图
图 １０. 40°倾角单极子激励电场分布（3.5ghz）
图 １１. 40°倾角方向图
通过对比图 3、图 6、图 9，可明显发现，随着介质锥体倾角的改变会带来谐振点以及最佳隔离度对应频率的改变，为使得二者都在 3.5ghz 附近，应选择约 20°倾角。后面的探究将基于20°倾角的修正上进行。
2.介质锥体 x 轴长度 a 探究
除修真倾角 x 为 20°以外，基于节ⅱ提出的参数设定其他参数不变，即表 2 基础参数。依次修改锥体 x 轴长度 a 从 20mm 到 40mm。得到仿真结果如图 12、13、14；图 15、16、17 所示。
图 １２. 锥体长度 20mm s 参数图
图 １３. 锥体长度 20mm 单极子激励电场分布（3.5ghz）
图 １４. 锥体长度 20mm 方向图
图 １５. 锥体长度 40mm s 参数图
图 １６. 锥体长度 40mm 单极子激励电场分布（3.5ghz）
图 １７. 锥体长度 40mm 方向图
通过对比图 6、图 13、图 16，可以得到当锥体长度在 30mm 的时候，3.5ghz 下的隔离度最好，且谐振点在 3.5ghz 附近。对比图 7、图 13、图 16，可以得到当锥体在 20mm 和 30mm 的时候隔离度较好，优于 40mm 下的隔离度，因此综合考虑选择锥体 x 轴长度参数为 30mm。
3.介质高度 hd探究
除修正倾角 x 为 20°以外，基于节ⅱ提出的参数设定其他参数不变，即表 2 基础参数。依次修改锥体高度 hd 从 15mm 和 25mm。得到仿真结果如图 18、19、20；图 21、22、23 所示。
图 １８. 锥体高度 15mm s 参数图
图 １９. 锥体高度 15mm 单极子激励电场分布（3.5ghz）
图 ２０. 锥体高度 15mm 方向图
图 ２１. 椎体高度 25mm s 参数图
图 ２２. 锥体高度 25mm 单极子激励电场分布（3.5ghz）
图 ２３. 锥体高度 25mm 方向图
对比图 6、图 18、图 21，不难发现，随着锥体高度的增加，标志隔离度的参数 s12 曲线低谷越浅，但与之对应的带宽越大，因此综合考虑选择介质锥体高度为 20mm 较为合适。图 22 中尤为明显的是，在 3.5ghz 处右侧单极子激励几乎已经消失，这是不符合工程要求的，对应的曲线是图 21 中 3.5ghz 处的 s11 数值过高。
4.介质椭圆面 yx 轴长度比 k 探究
除修真倾角 x 为 20°以外，基于节ⅱ提出的参数设定其他参数不变，即表 2 基础参数。依次修改介质椭圆面 yx 轴长度比 k 为 1 和 1.2。得到仿真结果如图 24、25、26；图 27、28、29所示。
对比图 6、图 24、图 27，可得当其他参数为设定参数时，轴比为 1.2 的 s12 峰值最低，也就是隔离度最佳，但是对应频率不在要求范围内，即 3.5ghz 附近，轴比为 1 的时候椭圆锥体退化为圆锥体，此时的隔离度不如轴比为 0.8 的情况。因此选择介质椭圆面 yx 轴长度比 k 为 0.8。
因此经过以上仿真参数探讨以及结果比对进行纠正数据后，参数列表如图 30 所示。
图 ３０. 修缮后参数数据
资料来源：达索官方
