本文關鍵詞：微波毫米波集成天線技術研究

  更多相關文章： 毫米波通信 天線技術 寬帶天線 高增益天線

【摘要】：隨著無線通信技術的飛速發(fā)展,特別是個人移動通信技術的發(fā)展,低頻無線頻譜資源逐漸趨于枯竭。為實現(xiàn)高速寬帶無線接入技術,勢必需要開發(fā)高頻無線頻譜資源。毫米波(30-300 GHz)由于其波長短,帶寬寬,干擾小等優(yōu)點,可有效地解決高速寬帶無線接入技術中所面臨的諸多問題,受到了越來越多的關注。近幾年國內外出現(xiàn)了基于28 GHz、60 GHz和80 GHz頻段通信系統(tǒng)的研究熱潮,國內也提出了具有自主知識產權的基于40.5-50.2 GHz頻段的毫米波超高速無線通信標準Q-LINKPAN,其短距通信部分已成為國際標準IEEE 802.11aj (45 GHz)。圍繞著毫米波通信系統(tǒng),相關的標準與關鍵技術成為學術界和產業(yè)界的研究熱點。本論文主要研究應用于微波毫米波通信的小型化、高性能、易于集成的天線技術。論文的主要工作包括：第一章提出了一種采用背腔結構的貼片天線,利用由金屬化過孔和底層金屬圍成的基片集成波導(SIW)背腔結構抑制表面波,提高天線增益；同時通過控制背腔的尺寸,使得其諧振頻率與頂層矩形貼片的諧振頻率接近,在兩個諧振頻率的共同作用下展寬天線的阻抗帶寬。實驗結果驗證了相關結論。由于這種類型天線可以采用標準PCB工藝進行加工,具有成本低,便于與后級電路集成的優(yōu)點。第二章針對Q-LINKPAN遠距點對點通信,提出了采用平衡式饋電的高增益SIW縫隙天線陣,并分別設計和加工了16×17陣元以及24×25陣元的平衡饋電縫隙陣。測試結果表明,兩個陣列分別獲得了27.5 dBi和29.2 dBi的增益。這種結構的高增益天線陣采用標準PCB工藝加工,具有成本低、平面集成的優(yōu)點。同時,因為采用平衡式饋電方式,增益最大值的方向不會隨頻率發(fā)生變化,特別適用于遠距點對點通信的需求。為了進一步提高該天線的頻率選擇性,減少射頻前端濾波器所帶來的插損,在不增加天線版圖面積的基礎上集成了3階和5階SIW腔體濾波器。經過仿真和實驗證實,該方案能夠有效地提高天線陣的頻率選擇性,并改善駐波性能。第三章提出了一種抑制共模噪聲信號的平衡式SIW差分天線。利用平衡式差分SIW縫隙天線在共模激勵和差模激勵下電場分布位置的不同,通過設置輻射縫隙的位置,使得該差分天線在差模激勵下能夠有效地輻射,而在共模激勵下輻射很弱,從而實現(xiàn)了對共模噪聲信號的有效抑制。第四章提出了一種采用基片集成同軸線(SICL)激勵的電磁偶極子背腔貼片天線。利用電磁偶極子的寬帶,后瓣輻射小以及E面與H面方向圖對稱的特點,使用Ⅰ型饋電網絡同時激勵起電偶極子和磁偶極子,并使用金屬過孔和底層金屬形成背腔結構來抑制表面波從而提高天線增益。該天線│S11│-15 dB的阻抗帶寬測試結果為15.1%(41.5～48.3 GHz)。在整個Q-LINKPA N頻帶范圍內,增益大于9 dBi。為了進一步提高天線的增益,分別設計了基于此結構的采用公用背腔的2×2電磁偶極子天線陣以及采用4個獨立背腔的2×2電磁偶極子天線陣。兩種天線陣列分別實現(xiàn)了│S11│-15 dB的阻抗帶寬測試結果為18.7%(40.9～49.35 GHz)以及18.4%(40.95-49.25 GHz),法向最大增益分別為14.85 dBi和14.9 dBi。在整個42～49 GHz的頻率范圍內,法向增益都大于14 dBi。該結構天線以及天線陣具有寬帶寬,高增益,成本低以及便于集成的優(yōu)點,適合于Q-LINKPAN等毫米波通信系統(tǒng)應用。第五章提出了一種基于電磁偶極子天線的圓極化背腔貼片天線,通過利用兩對帶有切角的矩形貼片和L型貼片形成具有寬帶圓極化特性電磁偶極子天線。該天線測試的|S11|-15 dB的帶寬為14.65%(41.7～48,3 GHz),在IEEE 802.11 aj工作頻段內最大增益為8.9 dBic,最小增益為6 dBic,3 dB增益帶寬為17.5%(41.5～49.5 GHz),天線法線位置的|AR|3 dB軸比帶寬為15.7%(42-48 GHz)。該圓極化具有寬軸比帶寬和阻抗帶寬,并且在較寬的頻帶范圍內保持輻射方向圖穩(wěn)定的優(yōu)勢,能夠滿足Q-LINKPAN系統(tǒng)的應用。第六章設計了一種帶有9個寄生貼片的2×2雙極化層疊結構貼片天線陣,該天線陣適用于WiMax通信系統(tǒng),工作在3.55 GHz。通過采用層疊貼片結構,提高天線陣的阻抗帶寬和增益帶寬。為了進一步提高天線陣的帶寬,在4個層疊貼片天線周圍放置9個寄生貼片輻射單元。在不增加天線陣饋電網絡復雜度的前提下,有效地增加了天線陣的增益帶寬和增益隨頻率變化的平坦度,并改善了天線陣的駐波特性。經理論分析及實驗驗證,該結構天線陣具有低成本,高增益,寬阻抗帶寬及增益帶寬等優(yōu)點,滿足WiMax通信系統(tǒng)的應用。
【關鍵詞】：毫米波通信 天線技術 寬帶天線 高增益天線
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN820
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 緒論13-17
• 1.1 背景介紹與發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.2 論文的主要工作14-16
• [參考文獻]16-17
• 第1章 基片集成背腔貼片天線及陣列設計17-41
• 1.1 背景介紹17-18
• 1.2 基片集成背腔貼片天線18-24
• 1.2.1 基片集成背腔貼片天線原理分析18-20
• 1.2.2 基片集成背腔貼片天線單元20-24
• 1.3 38GHz基片集成背腔貼片天線陣列24-29
• 1.3.1 180°定向耦合器的設計25-26
• 1.3.2 對饋背腔貼片天線陣列仿真與測試26-29
• 1.4 串饋結構的基片集成背腔矩形貼片天線陣列29-34
• 1.4.1 1分4同相功分器30
• 1.4.2 180°自補償功分移相網絡30-31
• 1.4.3 串饋結構的基片集成背腔貼片天線陣列31-32
• 1.4.4 4×4串饋背腔矩形貼片天線陣32-34
• 1.5 本章小結34-37
• [參考文獻]37-41
• 第2章 平衡式饋電高增益縫隙天線陣41-65
• 2.1 背景介紹41
• 2.2 基片集成波導縫隙天線設計理論41-43
• 2.2.1 波導縫隙天線陣列類型42
• 2.2.2 基片集成波導縫隙天線等效電路42-43
• 2.3 對饋縫隙天線設計原理43-45
• 2.4 交替相位梳狀功分器設計45-46
• 2.5 平衡式饋電高增益SIW縫隙天線陣46-48
• 2.6 16×17平衡式饋電縫隙天線陣48-54
• 2.6.1 1×17平衡式饋電縫隙天線陣48-50
• 2.6.2 16×17平衡式饋電縫隙天線陣50-51
• 2.6.3 16×17平衡式饋電縫隙天線陣測試結果51-54
• 2.7 帶有頻率選擇特性的24×25平衡式饋電縫隙天線陣54-61
• 2.8 本章小結61-62
• [參考文獻]62-65
• 第3章 抑制共模噪聲差分縫隙天線陣65-81
• 3.1 背景介紹65
• 3.2 抑制共模噪聲的差模天線理論65-66
• 3.3 抑制共模噪聲信號SIW差分饋電縫隙天線66-69
• 3.3.1 抑制共模噪聲原理66-67
• 3.3.2 SIW差分饋電天線等效電路67-69
• 3.4 6×6抑制共模信號的SIW差分饋電天線69-76
• 3.4.1 1×6 SIW差分激勵天線69-71
• 3.4.2 6×6抑制共模信號差分激勵天線71-73
• 3.4.3 帶有180°相移的功分器73-74
• 3.4.4 測試結果74-76
• 3.5 本章小結76-78
• [參考文獻]78-81
• 第4章 電磁偶極子背腔貼片天線81-103
• 4.1 背景介紹與發(fā)展現(xiàn)狀81
• 4.2 電磁偶極子背腔貼片天線的工作原理81-82
• 4.3 采用SICL激勵的電磁偶極子背腔貼片天線82-89
• 4.3.1 電磁偶極子背腔貼片天線結構82-83
• 4.3.2 電磁偶極子背腔貼片天線原理分析83-84
• 4.3.3 電磁偶極子背腔貼片天線參數(shù)分析84-86
• 4.3.4 電磁偶極子背腔天線測試結果86-89
• 4.4 采用公用背腔的2×2電磁偶極子貼片天線陣列89-94
• 4.4.1 一個公共背腔的2×2電磁偶極子貼片天線陣列89-90
• 4.4.2 帶有±90°移相的功分器90-91
• 4.4.3 采用公用背腔的2×2電磁偶極子貼片天線陣列91-92
• 4.4.4 采用公用背腔的2×2電磁偶極子貼片天線陣列測試結果92-94
• 4.5 采用4個獨立背腔的2×2電磁偶極子貼片天線陣列94-98
• 4.5.1 4個獨立背腔的2×2電磁偶極子貼片天線陣列94-95
• 4.5.2 采用4個獨立背腔的2×2電磁偶極子貼片天線陣列95-96
• 4.5.3 采用4個獨立背腔的2×2電磁偶極子貼片天線陣列測試結果96-98
• 4.6 本章小結98-99
• [參考文獻]99-103
• 第5章 圓極化電磁偶極子背腔貼片天線103-115
• 5.1 背景介紹與發(fā)展現(xiàn)狀103-104
• 5.2 采用SICL激勵的圓極化電磁偶極子背腔貼片天線104-111
• 5.2.1 圓極化電磁偶極子背腔貼片天線結構104-105
• 5.2.2 圓極化電磁偶極子背腔貼片天線原理分析105-106
• 5.2.3 圓極化電磁偶極子背腔貼片天線參數(shù)分析106-109
• 5.2.4 圓極化電磁偶極子背腔貼片天線測試結果109-111
• 5.3 本章小結111-112
• [參考文獻]112-115
• 第6章 低剖面雙極化層疊貼片天線115-131
• 6.1 背景介紹與發(fā)展現(xiàn)狀115-116
• 6.2 雙極化層疊貼片天線陣116-122
• 6.2.1 采用探針激勵的貼片天線原理分析116-118
• 6.2.2 雙極化層疊貼片天線陣118-122
• 6.3 帶有寄生單元的雙極化層疊貼片天線陣122-126
• 6.3.1 采用金屬立柱支持的帶有寄生貼片的雙極化層疊貼片天線陣122-124
• 6.3.2 采用塑料立柱支持的帶有寄生貼片的雙極化層疊貼片天線陣124-126
• 6.4 本章小結126-128
• [參考文獻]128-131
• 結論與展望131-133
• 作者介紹133-135
• 致謝135

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 平原;手機貼片天線[J];電子質量;1998年06期

2 朱方明,林青春;新型電磁(光子)晶體貼片天線的研究進展[J];電波科學學報;2002年02期

3 胡祖沛;;調頻隨身聽內置貼片天線的制作[J];家庭電子;2002年06期

4 朱方明,何賽靈,應志農;一種基于電磁(光子)晶體基底的新型貼片天線的研究[J];浙江大學學報(工學版);2003年04期

5 關中偉;吳迪;;一種槽加載三頻貼片天線[J];上海大學學報(自然科學版);2006年04期

6 王洋聰;周蕾;;一種新型超短波貼片天線的設計[J];長江大學學報(自然科學版)理工卷;2008年03期

7 陳凱亞;黃宗盛;;寬帶小型化U型貼片天線的設計[J];電訊技術;2010年06期

8 杜峰;雷雪;邢鋒;杜曉燕;;基于異向介質材料的高增益貼片天線設計[J];現(xiàn)代雷達;2010年11期

9 季勝利;周德儉;;一種測高矩形貼片天線的高效設計與分析方法[J];火力與指揮控制;2011年02期

10 李晶晶;鄭宏興;劉新月;;一種寬頻帶貼片天線設計[J];天津職業(yè)技術師范大學學報;2012年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 潘威;孟繁義;湯奇;吳群;;基于左手介質的貼片天線技術研究[A];2010年全國電磁兼容會議論文集[C];2010年

2 陳德智;朱守正;;一種內置左、右手復合傳輸線的貼片天線[A];“第十四屆全國微波能應用學術會議”暨“2009年微波創(chuàng)造美的生活高峰論壇”論文集[C];2009年

3 陳曦;任學施;崔鐵軍;;新型人工電磁材料微波透鏡增強貼片天線定向性的研究[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2009年

4 殷兆偉;曹祥玉;張小寬;;L型探針耦合圓柱共形貼片天線輻射特性分析[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2009年

5 黃曉東;陳董;程崇虎;;一種新型的用于展寬貼片天線帶寬的饋電方式[A];2009年全國天線年會論文集（上）[C];2009年

6 張繼龍;盧春蘭;錢祖平;;一種新型的圓極化貼片天線的研究[A];2007年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2007年

7 賀連星;關放;傅敏禮;;基于復合左右手傳輸線技術的超小型終端天線[A];2009年全國天線年會論文集（上）[C];2009年

8 王金洪;全巍;王志剛;延波;;基于LTCC技術的縫隙耦合寄生貼片天線研究[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2011年

9 王建瑋;謝康;徐婧;;基于新型EBG結構的光子晶體貼片天線[A];中國光學學會2010年光學大會論文集[C];2010年

10 王宏建;高本慶;劉瑞祥;;縫隙饋電貼片天線的CAD設計與分析[A];2001年全國微波毫米波會議論文集[C];2001年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 王金洪;基于LTCC技術的毫米波天線研究[D];電子科技大學;2014年

2 楊天楊;微波毫米波集成天線技術研究[D];東南大學;2015年

3 熊江;基于新型介質和結構的小型低剖面貼片天線研究[D];浙江大學;2010年

4 朱方明;新型電磁（光子）晶體貼片天線的研究[D];浙江大學;2003年

5 徐剛;頻率可調寬帶高功率微波輻射源技術研究[D];清華大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 潘威;左手介質貼片天線小型化研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

2 李萌;乳腺癌微波無創(chuàng)治療可穿戴設備關鍵技術的研究[D];電子科技大學;2015年

3 劉群;基于電光調制的超寬帶無線接收天線的研究[D];電子科技大學;2014年

4 張瓊;探針饋電貼片天線的建模及濾波天線設計[D];山西大學;2015年

5 羅人凅;超寬帶貼片天線設計[D];電子科技大學;2015年

6 李鵬;柔性印刷貼片天線的力學性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

7 余志波;佩帶式貼片天線與人體的相互作用研究[D];西安電子科技大學;2011年

8 金利;面向現(xiàn)代移動終端的貼片天線改進設計[D];北京理工大學;2014年

9 陳會乾;貼片天線在室分系統(tǒng)中的應用研究[D];安徽工程大學;2014年

10 盧乃鼎;復合型光子晶體貼片天線物理特性研究[D];江蘇大學;2010年

，

本文編號：1018248