本文關(guān)鍵詞：基于EBG結(jié)構(gòu)的60GHz毫米波平面天線的研究與設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 電磁帶隙結(jié)構(gòu) 毫米波 電磁偶極子天線 視覺透明單極天線 高增益 寬帶化

【摘要】：電磁帶隙(Electromagnetic Band Gap, EBG)結(jié)構(gòu)是由光子晶體帶隙在微波中的應(yīng)用演變而來的,主要分為傳統(tǒng)蘑菇型電磁帶隙(Conventional Mushroom Electromagnetic Band Gap, CMT-EBG)結(jié)構(gòu)和平面緊湊型電磁帶隙(Uniplanar Compact Electromagnetic Band Gap, UC-EBG)結(jié)構(gòu)兩類。主要具有兩方面特性,分別為表面波帶隙和同相反射相位特性。針對表面波帶隙特性,主要分析色散曲線和S參數(shù)曲線；針對反射相位特性,主要分析反射相位曲線。本文針對光載無線通信系統(tǒng)對毫米波平面天線的要求,利用EBG結(jié)構(gòu)特殊的電磁性能設(shè)計(jì)寬帶化、高增益的天線,結(jié)論包括以下幾個方面： 首先,研究了CMT-EBG結(jié)構(gòu)對超寬帶(Ultra Wideband, UWB)單極天線性能的改善。原始天線具有9.27GHz的帶寬(1.73-11GHz),覆蓋PCS、UMTS、Bluetooth、LTE、Wimax、UWB六個頻段應(yīng)用。本文中通過在UWB單極天線的饋線兩側(cè)分別加載3×3周期的CMT-EBG,天線的帶寬由原來的9.27GHz拓展到了9.47GHz (1.53-11GHz),可額外覆蓋GPS, DVB-H和DCS三個頻段,獲得了最大151%的相對帶寬；之后又對CMT-EBG加載前后,兩種天線的增益、輻射特性進(jìn)行了對比。比較發(fā)現(xiàn)：在增益和輻射效率方面,除了5.19～5.93GHz頻段范圍內(nèi),加載CMT-EBG的UWB單極天線較之前的性能均有明顯改善。在方向圖方面,CMT-EBG的引入則不會產(chǎn)生大的影響。最后,利用FR4板材制作了該天線,并對仿真與實(shí)測結(jié)構(gòu)進(jìn)行了討論對比。 其次,本文對60GHz電磁偶極子天線進(jìn)行了深入研究。本文首先利用T型功率分配器對16個電磁偶極子天線單元進(jìn)行4×4天線組陣。由于該天線為多層結(jié)構(gòu),所以設(shè)計(jì)的天線陣列為低溫共熱陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC)工藝。與原天線相比,天線的增益由原來的4.53dBi提高到了17.67dBi,滿足IEEE802.15.3c標(biāo)準(zhǔn),具有較高的實(shí)用價(jià)值。然而,該天線陣列獲得高增益的同時犧牲了天線小型化的特點(diǎn)。為了解決這個問題,本文設(shè)計(jì)了基于交叉型平面緊湊電磁帶隙(Cross-Shape Uniplanar-Compact Electromagnetic Band Gap, CS-UC-EBG)結(jié)構(gòu)的電磁偶極子天線,獲得的相對帶寬超過33%(50-70GHz),峰值增益平均值為11dBi,最大峰值增益由原來的4.7dBi提高到11.7dBi,獲得了低成本、易制作、寬帶化、高增益等特點(diǎn)。 最后,本文利用雙向?qū)ΨQI形縫隙平面緊湊型電磁帶隙(Bidirectional Symmetrical I-Shaped Slot Uniplanar-Compact Electromagnetic Band Gap, BSIS-UC-EBG)結(jié)構(gòu)來進(jìn)一步改善60GHz視覺透明單極天線性能。原始天線采用康寧7980透明介質(zhì)板材進(jìn)行制作,其介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)為3.8,損耗角正切值為0.0001,該天線的相對帶寬為20.2%(55.5-68GHz),在60GHz的峰值增益為-5.3dBi。本文提出的BSIS-UC-EBG結(jié)構(gòu)能等效為頻率選擇性表面或者高阻抗表面,該結(jié)構(gòu)在±90。之間的同相反射相位帶隙范圍為58.0～62.1GHz,諧振點(diǎn)剛好落在60GHz。然后設(shè)計(jì)了一種基于BSIS-UC-EBG的60GHz視覺透明單極天線,結(jié)構(gòu)包括菱形輻射貼片、兩個共平面地、50歐姆的共面波導(dǎo)饋線和一個周期的BSIS-UC-EBG,整體尺寸為7×9mm2。該天線獲得了36.6%(49.3-71.4GHz)的阻抗帶寬和4.7dBi的60GHz峰值增益。與原天線相比,加載BSIS-UC-EBG結(jié)構(gòu)后,天線的相對帶寬提高了16.4個百分點(diǎn),天線的增益在60GHz增加了10dB。 上述研究結(jié)果為設(shè)計(jì)和分析基于EBG結(jié)構(gòu)的60GHz毫米波平面天線提供了指導(dǎo),為EBG結(jié)構(gòu)在天線中的應(yīng)用提供了新的思路。
【關(guān)鍵詞】：電磁帶隙結(jié)構(gòu) 毫米波 電磁偶極子天線 視覺透明單極天線 高增益 寬帶化
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN823.27
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-25
• 1.1 引言14
• 1.2 電磁帶隙結(jié)構(gòu)的發(fā)展14-19
• 1.3 電磁帶隙結(jié)構(gòu)在天線中的應(yīng)用19-21
• 1.4 本文的主要內(nèi)容和安排21-25
• 1.4.1 論文的研究方法21
• 1.4.2 論文的研究思路21-22
• 1.4.3 論文的創(chuàng)新之處22-23
• 1.4.4 論文的主要內(nèi)容23-25
• 第二章 電磁帶隙結(jié)構(gòu)的基本理論25-35
• 2.1 引言25
• 2.2 電磁帶隙結(jié)構(gòu)的等效電路模型25-26
• 2.3 電磁帶隙結(jié)構(gòu)的表面波帶隙特性26-31
• 2.3.1 表面波帶隙的產(chǎn)生原理26-29
• 2.3.2 表面波帶隙的分析方法29-31
• 2.3.2.1 部分表面波帶隙的分析方法29-30
• 2.3.2.2 全表面波帶隙的分析方法30-31
• 2.4 電磁帶隙結(jié)構(gòu)的同相反射相位特性31-34
• 2.4.1 同相反射相位的產(chǎn)生原理32-33
• 2.4.2 同相反射相位的分析方法33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 基于CMT-EBG的UWB單極天線35-44
• 3.1 引言35
• 3.2 CMT-EBG的設(shè)計(jì)分析35-36
• 3.3 基于CMT-EBG的UWB單極天線的設(shè)計(jì)分析36-42
• 3.3.1 基于CMT-EBG的UWB單極天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)36-38
• 3.3.2 基于CMT-EBG的UWB單極天線的性能分析38-41
• 3.3.3 基于CMT-EBG的UWB單極天線的制作測試41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第四章 基于CS-UC-EBG的60GHz電磁偶極子天線44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 CS-UC-EBG的設(shè)計(jì)分析44-46
• 4.3 60GHz電磁偶極子天線的設(shè)計(jì)分析46-52
• 4.3.1 60GHz電磁偶極子天線單元的設(shè)計(jì)分析46-49
• 4.3.1.1 基于PCB工藝的60GHz電磁偶極子天線單元的設(shè)計(jì)分析46-47
• 4.3.1.2 基于LTCC工藝的60GHz電磁偶極子天線單元的設(shè)計(jì)分析47-49
• 4.3.2 60GHz電磁偶極子天線陣列的設(shè)計(jì)分析49-52
• 4.4 基于CS-UC-EBG的60GHz電磁偶極子天線的設(shè)計(jì)分析52-54
• 4.4.1 基于CS-UC-EBG的60GHz電磁偶極子天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52-53
• 4.4.2 基于CS-UC-EBG的60GHz電磁偶極子天線的性能分析53-54
• 4.5 本章小結(jié)54-56
• 第五章 基于BSIS-UC-EBG的60GHz視覺透明單極天線56-65
• 5.1 引言56
• 5.2 BSIS-UC-EBG的設(shè)計(jì)分析56-60
• 5.2.1 BSIS-UC-EBG的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)57-58
• 5.2.2 BSIS-UC-EBG的性能分析58-60
• 5.3 基于BSIS-UC-EBG的60GHz視覺透明單極天線的設(shè)計(jì)分析60-64
• 5.3.1 基于BSIS-UC-EBG的60GHz視覺透明單極天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)60-62
• 5.3.2 基于BSIS-UC-EBG的60GHz視覺透明單極天線的性能分析62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第六章 全文總結(jié)65-67
• 英文縮略語67-69
• 參考文獻(xiàn)69-77
• 致謝77-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文專利78-79

【共引文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王義富;可控的人工結(jié)構(gòu)材料及其在天線中的應(yīng)用[D];中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2013年

2 龔琦;高阻抗表面控制天線雷達(dá)截面技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 魏欣;高阻抗表面在電磁噪聲抑制和天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 王緒東;基于EBG結(jié)構(gòu)的多頻天線與陷波超寬帶天線的研究[D];北京郵電大學(xué);2015年

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本文編號：1073507