發(fā)布時(shí)間：2020-04-16 02:41

【摘要】：在未來5G通信中,毫米波頻段因其頻譜資源豐富、可用帶寬較寬并可提供極高的數(shù)據(jù)傳輸率等優(yōu)勢(shì)得到成為開發(fā)應(yīng)用的主流,近年來許多學(xué)者也開始致力于研究工作在毫米波頻段的5G天線。在5G基站中,通常需要高增益天線來彌補(bǔ)高頻通信在傳播中的損耗。而微帶平面反射陣列和透射陣列作為研制新型高增益天線的首選技術(shù),具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、無復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)、加工成本低等優(yōu)點(diǎn),從而引起了國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。針對(duì)該技術(shù),論文的主要研究工作重點(diǎn)在于降低雙頻反射陣和反射/透射陣之間的電磁耦合程度,使得雙頻獨(dú)立工作,最終得到更靈活的角度可控性和高增益。本文首先系統(tǒng)地總結(jié)了雙頻反射單元利用三種不同的組合方式所進(jìn)行的相位調(diào)節(jié),即關(guān)鍵單元尺寸組合調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)角度與單元尺寸組合調(diào)節(jié)和旋轉(zhuǎn)角度與加載相位延遲線組合調(diào)節(jié),并比較三者之間的電磁耦合消除程度,從而提出論文工作的研究思路和技術(shù)路線�；谌娴恼{(diào)研分析和深入的理論探索,論文圍繞雙頻反射陣列和透射陣列重點(diǎn)開展了兩個(gè)系列的研究工作如下:其一,設(shè)計(jì)了兩款基于FSS(頻率選擇表面)的20/30 GHz多層雙頻圓極化反射陣,其中FSS采用雙方形環(huán)結(jié)構(gòu)。當(dāng)高低頻單元都采用Phoenix單元時(shí),需要大量的仿真時(shí)間來降低單元之間的耦合。因此,這里采用了具有旋轉(zhuǎn)角度可控的雙C嵌套圓環(huán)作為高頻單元,而將Phoenix單元、改進(jìn)型Malta單元、四臂阿基米德螺旋單元分別作為低頻單元,使高、低頻單元之間的相移響應(yīng)達(dá)到相互正交,進(jìn)而使得兩頻段之間的電磁耦合幾乎被完全消除。雙頻單元設(shè)計(jì)成功轉(zhuǎn)化為兩個(gè)單頻單元設(shè)計(jì),極大地降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜度。最終利用具有旋轉(zhuǎn)角度可控的雙C嵌套圓環(huán)和改進(jìn)型Malta單元的組合設(shè)計(jì)了一個(gè)口徑大小為15×15的陣列,在20GHz、30GHz頻點(diǎn)處,仿真得到的增益分別為20.38 dB、25.1 dB。此外,利用具有旋轉(zhuǎn)角度可控的雙C嵌套圓環(huán)和四臂阿基米德螺旋單元的組合設(shè)計(jì)了一個(gè)口徑大小為18×18的陣列,在20 GHz和30 GHz頻點(diǎn)處,增益分別為19.7dB、26.8 dB,高、低頻段的1-dB增益帶寬分別為15%、7.5%。其二,基于雙頻反射單元的相移響應(yīng)正交化思想,設(shè)計(jì)了兩款基于FSS的Ka/Ku波段多層圓極化反射/透射陣,口徑大小均為15×15,且FSS采用鏤空十字形嵌套十字貼片結(jié)構(gòu)。首先將具有旋轉(zhuǎn)角度可控的雙C嵌套圓環(huán)高頻反射單元和四層方形縫隙低頻透射單元進(jìn)行結(jié)合,當(dāng)陣列工作在反射模式時(shí),在19 GHz、20 GHz和21 GHz頻點(diǎn)處,仿真得到的增益分別為22.78 dB、23.82 dB和23.07 dB,當(dāng)陣列工作在透射模式時(shí),在12.25 GHz和13.5 GHz頻點(diǎn)處,仿真得到的增益分別為20.26 dB和18.84 dB。然后將具有旋轉(zhuǎn)角度可控的雙C嵌套圓環(huán)高頻反射單元與四層方環(huán)內(nèi)嵌對(duì)角開口交叉偶極子低頻透射單元結(jié)合,當(dāng)陣列工作在反射模式時(shí),在20 GHz頻點(diǎn)處,仿真得到的增益為23.72 dB,其1-dB增益帶寬為6.25%,當(dāng)陣列工作在透射模式時(shí),在13.5 GHz頻點(diǎn)處,仿真得到的增益為19.85 dB,1-dB增益帶寬為7.4%。
【圖文】：

，０．１邋Ｇｂｐｓ與１邋Ｇｂｐｓ之間，其中峰值傳送率高達(dá)２０邋Ｇｂｐｓ，而提高速率的一個(gè)直接逡逑方法就是增加帶寬，然而目前低頻段的頻譜資源已經(jīng)非常緊張，帶寬拓展有限，，逡逑因此未來的５Ｇ通信有可能向毫米波頻段進(jìn)行擴(kuò)展。但是隨著頻率的增加，電磁逡逑波在傳播過程中的損耗隨之增大，因此，在５Ｇ基站中，需要利用高增益天線以逡逑此彌補(bǔ)高頻通信在傳播上的受限。傳統(tǒng)的高增益天線主要有反射面天線和微帶陣逡逑列天線。逡逑反射面天線基于光學(xué)理論，在拋物面的焦點(diǎn)上放置饋源天線，由饋源輻射的逡逑球面波經(jīng)拋物面反射后變成平面波，從而實(shí)現(xiàn)高增益筆形波束［１］。如圖Ｉ－ｌ（ａ）所逡逑示，拋物面天線具有結(jié)構(gòu)簡單、增益帶寬理論上無限大、高效率等優(yōu)點(diǎn)，但存在逡逑體積龐大、笨重、幾何曲率需精準(zhǔn)控制等問題，導(dǎo)致制作精度要求很高，當(dāng)頻率逡逑增加到毫米波頻段甚至太赫茲頻段時(shí)，ＪＬ乎難以加工，只能依靠機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)波逡逑束掃描是其另一個(gè)缺點(diǎn)。逡逑

圖１－２早期的反射陣和透射陣天線形式逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 韓春暉;寬帶微帶反射陣列天線研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心);2017年

2 薛飛;寬帶雙頻微帶反射陣及寬帶透射陣天線研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心);2017年

3 劉廣;新型高效率傳輸陣列天線研究[D];中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心;2016年

4 李華;微帶反射陣列天線的研究[D];電子科技大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 夏曉岳;毫米波反射陣與傳輸陣天線研究[D];東南大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2629299