【摘要】：隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展,低頻段的微波頻譜資源日趨擁擠,各種應(yīng)用之間的干擾問題越來越嚴重,使得無線通信系統(tǒng)逐漸朝著高頻段、尤其是毫米波頻段發(fā)展。很多國家已經(jīng)投入大量的人力財力在毫米波通信上,其中45GHz由于其獨特的優(yōu)勢獲得了中國乃至世界的重要關(guān)注。隨著第四代移動通信技術(shù)完成部署和日漸成熟,第五代移動通信的開發(fā)和探索備受關(guān)注。各個國家也逐漸發(fā)布了第五代移動通信在毫米波頻段的頻率規(guī)劃,毫米波頻段在無線通信中的地位將越來越重要。本文根據(jù)毫米波頻段對天線小型化、寬頻帶、高增益、易集成等的要求,研究分析了毫米波平面端射天線的性能改善方法,并設(shè)計實現(xiàn)了三種高性能的平面端射天線。具體來看,本文的研究可以概述為以下四個方面。(1)分析總結(jié)了毫米波平面端射天線的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀,對研究所涉及的天線理論和基片集成波導(dǎo)理論進行了簡單的梳理和總結(jié),為論文后續(xù)的研究奠定了理論基礎(chǔ)。(2)增強對數(shù)周期天線方向性的研究。在對對數(shù)周期天線理論和工作原理分析的基礎(chǔ)上,從兩方面提出增強對數(shù)周期天線方向性的方法:一方面,根據(jù)八木天線和蝶形天線原理,在對數(shù)周期天線的輻射方向上加載蝶形引向單元,通過引向單元和對數(shù)周期單元之間的耦合作用以及引向單元在天線輻射方向?qū)μ炀�輻射能量的引導(dǎo)作用,來增強天線方向性。另一方面在不改變天線整體體積的情況下,通過增大天線的輻射口徑來提高天線增益。本文提出在對數(shù)周期天線的引向單元的左右兩側(cè)加載與引向單元相同結(jié)構(gòu)和尺寸的寄生貼片,與引向單元構(gòu)成類似陣列的結(jié)構(gòu),來增大天線的輻射口徑,達到增強對數(shù)周期天線方向性的目的。根據(jù)提出的改進方法,設(shè)計和仿真了新型的寬頻帶印刷對數(shù)周期天線,驗證了提出方法的有效性。并根據(jù)仿真模型制作加工了天線實物并進行了測試,測試結(jié)果和仿真結(jié)果吻合良好,所設(shè)計的天線具有良好的性能。(3)擴展準八木天線帶寬的研究。通過分析八木天線的結(jié)構(gòu)和工作原理,根據(jù)八木天線的組成結(jié)構(gòu),從三個方面提出擴展經(jīng)典準八木天線帶寬的方法。首先從準八木天線的饋電結(jié)構(gòu)入手,選擇寬帶饋電結(jié)構(gòu)。通過比較各種饋電結(jié)構(gòu),分析各種饋電結(jié)構(gòu)的特點和適合使用的場合,選擇了帶寬很寬、尺寸很小且在毫米波頻段內(nèi)損耗很小的接地共面波導(dǎo)作為準八木天線的饋電結(jié)構(gòu)。其次通過采用更寬帶寬的蝶形對稱振子代替原來的平面對稱振子作為準八木天線的有源振子來提高準八木天線帶寬,并對平衡雙線與蝶形振子連接處和蝶形有源振子末端進行圓角化,在天線整體體積不改變的情況下,擴展了準八木天線的帶寬。為了進一步擴展天線帶寬,使用寬帶雙諧振有源振子,通過增加有源振子的諧振頻率個數(shù),來擴展天線帶寬。最后通過改進引向器的結(jié)構(gòu),加強引向器和有源振子之間的耦合,并反過來影響有源振子的電流分布,從而擴展天線帶寬。為了驗證本文提出的方法的有效性,設(shè)計和仿真相應(yīng)的寬頻帶準八木天線,并進行加工測試,仿真和實測結(jié)果一致性較好,證明了本文提出的改進準八木天線帶寬的方法的有效性,所設(shè)計的寬頻帶準八木天線也表現(xiàn)出良好的性能。(4)增強漸變槽線天線方向性的研究。首先分析了漸變槽線天線的結(jié)構(gòu)和工作原理,根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點,從三個方面提出了增強漸變槽線天線方向性的方法。第一,根據(jù)印刷對數(shù)周期天線和多有源振子寬頻帶準八木天線的原理,提出在不增加天線體積的情況下,將漸變槽線天線輻射貼片的外邊緣改為和對數(shù)周期天線一樣的長度按照一個比例系數(shù)變化的對稱振子。在不同的頻段,不同長度的振子會發(fā)生諧振,天線在輻射方向的方向性就會因此增強。第二,通過在輻射貼片頂端蝕刻豎直矩形槽來引導(dǎo)更多的能量到輻射方向上,從而增強天線方向性。第三,漸變槽線天線和對數(shù)周期天線、準八木天線一樣都是端射天線,因此,根據(jù)八木天線原理,通過在天線輻射方向加載引向器來提高天線方向性。為了驗證所提出的方案的有效性,本文設(shè)計和仿真了相應(yīng)的高增益對跖指數(shù)漸變槽線天線,并進行了加工和測試,仿真和測試結(jié)果一致性良好,天線表現(xiàn)出了良好的阻抗匹配特性和輻射特性,從而證明了本文提出的改進漸變槽線天線方向性的方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN822
【圖文】：

印刷對數(shù)周期天線四元陣列[71]

利用鉗狀技術(shù)的印刷對數(shù)周期天線及其增益曲線

第一章 緒論5圖1.3 加載球面透鏡的印刷對數(shù)周期天線及其增益曲線[76]圖1.4 加載引向器的印刷對數(shù)周期天線及其增益曲線[77]1.2.2 八木天線國內(nèi)外研究現(xiàn)狀日本東北大學(xué)的八木秀次和宇田太郎[78]共同發(fā)明了八木-宇田天線，也稱之為八木天線，由有源振子、反射器和引向器三部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.5。圖1.5 八木-宇田天線結(jié)構(gòu)示意圖

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本文編號：2790851