【摘要】：隨著無線通信的高速發(fā)展,對通信信道的數(shù)據(jù)傳輸速率以及傳輸帶寬提出了更高的要求,高頻化、寬帶化是無線通信系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢。面對日趨復(fù)雜的通信環(huán)境,圓極化天線在降低極化損耗、抵抗多徑效應(yīng)以及避免法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)等方面有著獨特的優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于射頻識別、廣播電視、車載雷達、電子對抗以及衛(wèi)星通信等諸多領(lǐng)域。本論文圍繞Q波段的圓極化平面天線陣列開展研究,主要工作如下:首先,研制了兩種基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide,SIW)饋電的圓極化貼片天線陣列,均以縫隙耦合饋電的切角貼片天線作為輻射單元,中心工作頻率為45 GHz。其一是并饋結(jié)構(gòu)的2×2圓極化貼片天線陣列,根據(jù)耦合縫隙位置不同,將四個輻射單元巧妙地組合排列以實現(xiàn)順序旋轉(zhuǎn)饋電效果,實際測得的-10-dB阻抗帶寬為14.2%,3-dB軸比帶寬為9.3%,最大增益為12 dBic,輻射效率為75%。其二是串饋結(jié)構(gòu)的4×4圓極化貼片天線陣列,為擴展陣列規(guī)模并避免增加傳輸損耗,將順序旋轉(zhuǎn)饋電思路應(yīng)用于串饋結(jié)構(gòu)中,提出一種新穎的1×4串饋式圓極化貼片線陣,并以此為基礎(chǔ),將四個1×4線陣作為子陣列進行反相對饋,最終設(shè)計的4×4圓極化貼片天線陣列在43 GHz~47 GHz范圍內(nèi)獲得了穩(wěn)定的輻射方向圖,實際測得的-10-dB阻抗帶寬為27.6%,3-dB軸比帶寬為11.6%,最大增益為17.1 dBic,輻射效率為76.9%。其次,研制了一種加載超表面的4×4圓極化貼片天線陣列,中心工作頻率為45GHz。該天線陣列由加載超表面的切角貼片、微帶線結(jié)構(gòu)的順序旋轉(zhuǎn)饋電網(wǎng)絡(luò)以及SIW結(jié)構(gòu)的H形功分器組成。其中,加載超表面可以提升天線的駐波、軸比與增益性能,微帶線結(jié)構(gòu)的順序旋轉(zhuǎn)饋電網(wǎng)絡(luò)具有緊湊性且同時有效拓展了軸比帶寬,而SIW結(jié)構(gòu)的H形功分器則進一步擴展了陣列規(guī)模,實際測得的-10-dB阻抗帶寬為32%,3-dB軸比帶寬大于22.2%,最大增益為18.2 dBic,輻射效率為86.1%。
【圖文】：

GHz 頻率范圍的 Q 波段，LINK 表示遠距高速傳輸，PAN 表示短距高速覆蓋。Q-LINKPAN的短距標準 Q-LINKPAN-S 已經(jīng)成為國際標準 IEEE 802.11aj（45 GHz）并于 2018 年正式發(fā)布。圖1-1展示了一種國內(nèi)45 GHz頻譜劃分和信道化方案，具體劃分為42.3 GHz~47GHz 和 47.2 GHz~48.4 GHz 兩個頻段，包含 540 MHz 和 1080 MHz 兩種帶寬[11]-[16]。作為無線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，天線實現(xiàn)了傳輸線導(dǎo)行波與自由空間電磁波之間的轉(zhuǎn)換，在無線信號的發(fā)射與接收過程中具有不可替代的價值，因而廣泛應(yīng)用于各個工程領(lǐng)域中[17]-[22]。根據(jù)天線輻射電場強度的矢量末端運動軌跡呈現(xiàn)線狀、橢圓狀以及圓狀，，可將天線劃分為線極化、橢圓極化以及圓極化三種類型。線極化天線有著設(shè)計方便、

(c) (d)1-2 幾種基于 SIW 結(jié)構(gòu)的順序旋轉(zhuǎn)饋電網(wǎng)絡(luò)：(a) 十字形雙層饋電網(wǎng)絡(luò)；(b) 非對稱 H 形功分 中心位置縱縫耦合的十字形雙層饋電網(wǎng)絡(luò)；(d) 中心位置交叉縫隙耦合的十字形雙層饋電網(wǎng)(c) (d)圖 1-3 上方加載超表面結(jié)構(gòu)的圓極化貼片天線及陣列：(a) 圓極化貼片天線；(b) 圓極化貼線陣列
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN820

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本文編號：2607222