發(fā)布時間：2020-05-19 16:25

【摘要】：現(xiàn)如今,移動通信行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛,4G通信已經(jīng)發(fā)展成熟,5G通信也早已被提上日程。而且,智能可穿戴終端設(shè)備發(fā)展勢頭如雨后春筍一般,可穿戴天線也是研究熱點。為了迎合發(fā)展潮流,本文著重研究了未來移動智能終端中可能應(yīng)用的天線類型,包括移動智能可穿戴設(shè)備中的天線設(shè)計、未來5G通信毫米波頻段天線單元設(shè)計及陣列設(shè)計。首先,本文設(shè)計了一款基于柔性材料的多頻表帶天線。該天線使用多支節(jié)單極子產(chǎn)生多頻性能,利用其高次模和耦合支節(jié)產(chǎn)生更多的諧振頻帶。還研究了該柔性天線分別在平展和彎曲狀態(tài)下的工作性能。并設(shè)計了人體手臂模型;對該柔性天線分別在彎曲和平展?fàn)顟B(tài)下,加載人體手臂模型后的工作性能做了對比。仿真和實測結(jié)果表明,在平展和彎曲狀態(tài)下,該多頻柔性表帶天線-6dB反射系數(shù)帶寬仿真和測試結(jié)果均基本覆蓋GSM 1800 MHz頻段、ISM 2400 MHz頻段、Bluetooth頻段、WiMAX 3500 MHz頻段和未來中國5G通信3.3-3.6 GHz頻段、WLAN 5 GHz頻段;加載人體組織后,其工作性能基本保持一致。該天線可作為智能可穿戴設(shè)備天線的備選方案。其次,本文設(shè)計了一款適用于未來5G通信的寬帶毫米波天線單元,并對其進行相控陣分析。通過在平面單極子天線的合適部位刻蝕縫隙來展寬其諧振帶寬。仿真和實測結(jié)果表明,該天線單元的諧振帶寬為31.3-45.7 GHz,相對帶寬為37.4%,該工作頻帶涵蓋了31.8-33.4 GHz、37-40.5 GHz、40.5-42.5 GHz、42.5-43.5 GHz四個可能應(yīng)用于未來5G通信的毫米波頻段。通過分析天線單元的輻射性能,依據(jù)其最大輻射方向來選擇合適的陣列排布方式。選用垂直布陣方式,對其進行相控陣仿真分析,仿真結(jié)果表明該陣列可實現(xiàn)寬波瓣寬角域波束掃描性能。該天線單元及陣列可作為未來5G移動智能終端天線的備選方案。最后,本文設(shè)計了一款適用于未來5G通信的多波束陣列天線。天線單元為基于SIW結(jié)構(gòu)的磁電偶極子天線,其工作頻段覆蓋未來中國5G通信毫米波24.75-27.5 GHz頻段。為了方便加工、測試,設(shè)計了微帶線轉(zhuǎn)SIW過渡結(jié)構(gòu)。陣列天線的饋電網(wǎng)絡(luò)選用4×4 Butler矩陣。從Butler矩陣的各個元器件入手,依次設(shè)計了-3dB定向耦合器、0dB交叉耦合器以及兩種移相器。將4×4 Butler矩陣與磁電偶極子天線陣列級聯(lián),完成適用于未來5G通信的多波束陣列天線設(shè)計。仿真和測試結(jié)果表明,該多波束陣列天線可實現(xiàn)在24.75-27.5 GHz頻段內(nèi),4個波束的方位面半功率波束寬度覆蓋±54°角域。該陣列天線可作為未來5G智能移動終端天線的備選方案。
【圖文】：

第一章 緒論Z. Hamouda 等人利用聚酰亞胺膜（kapton）設(shè)計了一款 2.4GHz/5GHz 雙頻 WIFI 天線，將其彎折成 S 型之后仍然具有優(yōu)越的性能[15]；2015 年，Shengjian Jammy Chen 等人在聚乙烯二氧噻吩（PEDOT polymer）上設(shè)計了一款超寬帶天線，將此天線彎折 180°，仍有多個頻段在向外輻射電磁波[16]。柔性介質(zhì)天線研究較為廣泛，還有[17][18]等。近幾年，也有研究者將可穿戴天線設(shè)計在 LOGO 上，比如[19]-[21]等，這種設(shè)計是為了方便物品追蹤、定位、找回。

通過相控陣仿真，可實現(xiàn)端射的波束掃描。在文獻[24]中，Naser Ojaroudiparchin 等提出如圖1.2.a 所示的陣列天線三維排布方式，通過該排布形式，可實現(xiàn)三維的波束掃描，如圖 1.2.b 所示。在文獻[25]中，Naser Ojaroudiparchin 等提出一種多層結(jié)構(gòu)的偶極子天線，采用如圖 1.3 所示的排布方式，可實現(xiàn)波束掃描角域加倍，，還能形成毫米波子陣列 MIMO 架構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN820

【參考文獻】

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本文編號：2671163