本文選題：下一代移動通信 + 寬帶��； 參考：《東南大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展及無線傳輸業(yè)務(wù)的不斷普及,無線通信系統(tǒng)需要提供越來越快的數(shù)據(jù)傳輸速率以滿足人們對于大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?如無壓縮高清視頻傳輸、高清無線顯示等等。根據(jù)規(guī)劃,下一代移動通信系統(tǒng)要提供比現(xiàn)在快1000倍的傳輸速率。為了達(dá)到這一目標(biāo),無線系統(tǒng)勢必需要占用更大的工作帶寬,達(dá)到幾百M(fèi)Hz,甚至上GHz。另外,下一代無線系統(tǒng)需要更高的效率以實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。為了順應(yīng)未來移動通信發(fā)展的趨勢,本文研究了毫米波寬帶射頻收發(fā)系統(tǒng)以及高效率功率放大器的寬帶化設(shè)計(jì)。由于毫米波頻段頻譜資源豐富,毫米波通信技術(shù)成為下一代無線通信候選方案之一,受到了廣泛的關(guān)注與研究。本文研制了毫米波寬帶射頻系統(tǒng),用于支持對于毫米波通信技術(shù)的研究。著重解決了帶內(nèi)不平坦對于單載波系統(tǒng)性能的影響。為了解決毫米波頻段普通濾波器插入損耗較大的問題,本文對基片集成波導(dǎo)(SIW)濾波器進(jìn)行了研究。作為射頻系統(tǒng)關(guān)鍵器件之一的功率放大器,消耗了發(fā)射機(jī)中的絕大部分能量,高效率的功率放大器對整個系統(tǒng)的功耗指標(biāo)有著重要影響。功率放大器被寄予希望能夠在寬的帶寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率,覆蓋更多的通信標(biāo)準(zhǔn),更好地適應(yīng)未來無線通信的發(fā)展。近年來,功率放大器高效率、寬帶化設(shè)計(jì)一直是研究的熱點(diǎn)。本文研究的具體內(nèi)容如下:1)基片集成波導(dǎo)(SIW)濾波器因其較小的插入損耗、易于平面集成等優(yōu)勢成為毫米波頻段設(shè)計(jì)系統(tǒng)時的首選。為了提高濾波器的選擇性,需要在通帶附近引入傳輸零點(diǎn)(TZ)。文中研究了交叉耦合濾波器的設(shè)計(jì),綜合采用不同腔體之間的耦合以及同一腔體內(nèi)不同模式之間的耦合,設(shè)計(jì)了一款工作于28 GHz的帶通濾波器,帶寬為600 MHz。由于27 GHz、29GHz處引入了傳輸零點(diǎn),所設(shè)計(jì)的濾波器具有很好的過渡帶特性。SIW濾波器由于高次模諧振,會在上邊帶內(nèi)出現(xiàn)很多個諧振峰,進(jìn)而使得所設(shè)計(jì)的帶通濾波器的阻帶帶寬受限。文中采用了兩種抑制高次模式的方法,一種方法是在腔體的金屬表面刻蝕細(xì)縫,另一種方法是采用雙耦合窗進(jìn)行腔體與腔體之間的耦合。文中對這兩者方法作了相關(guān)分析。然后設(shè)計(jì)了一款中心頻率在20 GHz的帶通濾波器,由于高次模被有效的抑制,上阻帶內(nèi)第一個諧振峰出現(xiàn)在50GHz處,并且阻帶內(nèi)的抑制達(dá)到30dB,阻帶帶寬被有效地拓寬。相關(guān)研究成果一部分在國際會議2016IEEEInternational Symposium on Circuits and Systems(ISCAS2016)上發(fā)表,一部分撰文投稿至國際刊物IET Electronics Letters。2)研制了一套用于Q波段的毫米波通信的收發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作的中心頻點(diǎn)為44.82 GHz,支持500 MHz的工作帶寬。系統(tǒng)采用超外差結(jié)構(gòu),與基帶采用單端I/Q接口,與天線相接采用SIW過渡接口。中頻點(diǎn)設(shè)為3.78 GHz。為了評估整個系統(tǒng)的性能,進(jìn)行了無線環(huán)境的測試,在收發(fā)天線間隔2m的情況下,分別用16QAM以及QPSK寬帶調(diào)試信號作測試,兩種信號的碼片速率都為400 Ms/s。信號經(jīng)過發(fā)射機(jī)發(fā)送,由空間輻射,最終由接收機(jī)接收到的信號經(jīng)過解調(diào)后,信噪比(SNR)約為20dB。相關(guān)研究成果已撰文在國際會議2016 International Conference on Microwave and Millimever Wave Technology(ICMMT2016)上發(fā)表。3)針對中國毫米波近遠(yuǎn)程超高速通信標(biāo)準(zhǔn)Q-LINKPAN,研發(fā)原型機(jī)以支持相關(guān)研究。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用二次變頻結(jié)合基帶實(shí)中頻采樣的結(jié)構(gòu)�；鶐Оl(fā)送/接收信號為某一載波頻率上的實(shí)信號,經(jīng)過兩次混頻器變頻至毫米波信號。系統(tǒng)毫米波中心頻點(diǎn)為42.795 GHz,支持576 MHz的系統(tǒng)帶寬。接收端基帶配有采樣率為1.92 GHz的AD芯片,用于采樣中心頻點(diǎn)為1.44 GHz的信號。發(fā)送端基帶DA采樣率為2.64 GHz,產(chǎn)生中心頻點(diǎn)為1.98 GHz的信號。系統(tǒng)采用TDD工作模式。系統(tǒng)單通道收發(fā)性能采用碼片速率為480 MHz的單載波64QAM信號進(jìn)行無線測試,接收到的信號經(jīng)過數(shù)字均衡后達(dá)到28 dB的信噪比。系統(tǒng)采用2×4 MIMO方式工作后,系統(tǒng)的傳輸速率高達(dá)4095 Mbps。4)研究了連續(xù)逆F類功率放大器的電壓和電流的理論波形,并對其做出修正,使得三次諧波阻抗變成一個可以變化的范圍,進(jìn)一步釋放對于阻抗條件的限制。相應(yīng)地設(shè)計(jì)一個工作在2.1～2.4 GHz的高效率功率放大器進(jìn)行驗(yàn)證,比較了實(shí)際輸出網(wǎng)絡(luò)阻抗與理論阻抗條件的契合度。所設(shè)計(jì)的功率放大器在帶內(nèi)保持大于71%的漏極效率。相關(guān)研究成果已在國際刊物Microwave Journal上發(fā)表。5)研究了寬帶功率放大器設(shè)計(jì)中的匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題。文中對傳統(tǒng)的簡化實(shí)頻技術(shù)(SRFT)算法進(jìn)行了修改,能夠一次性綜合出包含有用于直流饋電枝節(jié)的匹配網(wǎng)路,并且綜合出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)十分緊湊。利用提出的算法設(shè)計(jì)了一個工作在1.7～3.1 GHz的寬帶高效率功率放大器,在帶內(nèi)具有68.07%～79.49%的漏極效率和40.93～42.4 dBm的輸出功率。另外由于匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊湊,設(shè)計(jì)的功率放大器具有非常小的尺寸。相關(guān)研究成果已在國際刊物IEEE Microwave and Wireless Componens Letters上發(fā)表。
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【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN722.75;TN928

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本文編號：1763330