【摘要】：無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展對位于無線通信系統(tǒng)射頻終端的天線提出了更高的要求,即集成化(易于與射頻電路集成)、小型化(具備更小的剖面及體積)、高性能(寬頻帶或多頻帶、高增益、低旁瓣、低交叉極化等)。微帶天線憑借其獨特的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于無線通信、遙感、射電天文等諸多領(lǐng)域,然而極窄的帶寬制約了其進(jìn)一步的發(fā)展應(yīng)用。微帶天線的帶寬展寬技術(shù)一直是天線領(lǐng)域研究的熱點,也是無線通信技術(shù)領(lǐng)域的一個重要研究方向,發(fā)展寬帶高性能微帶天線對于整個微帶天線應(yīng)用領(lǐng)域都具有重要的意義。另一方面,作為無線通信領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的方向之一,移動通信系統(tǒng)在經(jīng)歷了幾代的發(fā)展部署后也陷入了諸多困境。傳統(tǒng)基站的扇面波束覆蓋及指向無法靈活調(diào)節(jié),且由于多種網(wǎng)絡(luò)制式并存而致使其天面資源極度匱乏,建設(shè)及維護(hù)成本不斷升高。而新一代無線通信技術(shù)(5G)中最具潛力的發(fā)展方向即Massive Multiple-Input and Multiple-Output (Massive MIMO)技術(shù)的研究與驗證也不得不面臨著成本及性能的雙重挑戰(zhàn)。在此背景下,具有高集成度并能支持多制式的性能優(yōu)越的有源一體化天線系統(tǒng)應(yīng)運而生。隨著國際上各知名設(shè)備商陸續(xù)推出實驗樣機,有源一體化天線技術(shù)儼然已成為未來移動網(wǎng)絡(luò)站點型態(tài)的重要發(fā)展趨勢,而其精確的大范圍波束掃描能力也使其能靈活的應(yīng)用于Massive MIMO系統(tǒng)架構(gòu)的簡便實現(xiàn)。因而研究具有低成本及高性能的有源體化天線系統(tǒng)意義非凡。本文緊緊圍繞寬帶低剖面微帶天線及低成本、高性能有源一體化天線系統(tǒng)這兩個研究熱點,開展了如下主要研究工作：一、針對寬帶低剖面線極化微帶天線開展深入的研究。通過激勵多個諧振模式的方式,提出了兩種新穎的寬帶低剖面微帶天線結(jié)構(gòu)：其一為通過微帶線嵌入饋電的開有Tooth-like縫隙的單層微帶貼片天線,通過微帶貼片表面的電流分布,分析了天線的雙重諧振機理并總結(jié)出設(shè)計思路；其二為通過帶狀線饋電并有枝節(jié)加載的E形Substrate Integrated Waveguide (SIW)背腔微帶貼片天線,基于對該天線輸入阻抗的分析,總結(jié)了設(shè)計思路并與傳統(tǒng)的微帶貼片進(jìn)行了比較。上述天線均利用PCB工藝制作實物并完成了測試,在剖面高度為0.033λ0的情況下均展示出了超過10%的阻抗帶寬。這部分研究成果已分別在國際會議iWAT和國際核心期刊IEEE Antennas Wireless Propag. Lett,上發(fā)表。二、圍繞寬帶低剖面圓極化微帶天線展開深入的研究。通過構(gòu)造寄生諧振以及組陣的方式,提出并設(shè)計了三種寬帶低剖面微帶天線。第一種為單饋層疊型微帶貼片天線,該天線通過在輻射貼片層加載寄生貼片來獲得更寬的“潛在”軸比帶寬,然后通過引入呈環(huán)狀排列的層疊型貼片陣來構(gòu)成與輻射貼片層之間的“松耦合”，這兩種技術(shù)的結(jié)合使得該天線在具有更低耦合高度即剖面高度的同時獲得了更寬的軸比帶寬。第二種為具有層疊型寄生貼片的淺化背腔微帶縫隙天線,該天線通過引入層疊型的寄生貼片有效的恢復(fù)了受淺化背腔(背腔高度小于λ0/47)影響而惡化的微帶縫隙天線的軸比性能；在背腔高度極低的情況下,通過改變寄生貼片的諧振頻率仍可獲得相當(dāng)可觀的軸比帶寬。第三種為利用層疊型貼片耦合技術(shù),實現(xiàn)環(huán)形連續(xù)相位旋轉(zhuǎn)饋電結(jié)構(gòu),獲得具有增強的帶寬及增益的2×2圓極化微帶天線陣。上述天線及陣列的工作機理以及影響各天線性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)均得到了有效的分析和實物驗證。這部分研究成果已在國際核心期刊IEEE Trans. Antennas Propag.和IEEE Antennas Wireless Propag. Lett,上發(fā)表。三、深入研究了面向下一代移動通信Massive MIMO系統(tǒng)的低成本、高性能2.6GHz有源一體化天線系統(tǒng)。在對有源一體化天線設(shè)計中需要重點考慮的諸如射頻小型化及相位控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研究分析的基礎(chǔ)上,提出了一種低成本、高靈活性、非常適用于有源一體化天線系統(tǒng)的頻率可搬移矢量調(diào)制器模塊,該模塊利用了矢量調(diào)制器低成本、高精度的優(yōu)點,卻克服了其工作頻率范圍受限的缺點,同時該模塊不影響信號的性能�；谠撃K，研制了一種采用射頻移相架構(gòu)的1×8有源一體化天線陣列。針對該系統(tǒng)加工實物所做的測試充分驗證了對其分析的合理性并展示出了其所具有的低成本、高靈活性、寬掃描角(-50°至50°增益波動小于1.5dB)及高精度(波束指向誤差在±0.5°以內(nèi))等出色的優(yōu)點。這部分研究成果已申請了國家發(fā)明專利并投稿至國際核心期刊Microw. Antennas Propag.。研制的有源一體化天線,已經(jīng)為客戶所采用,實現(xiàn)了低配置的Massive MIMO移動通信系統(tǒng)。四、針對當(dāng)前Wireless Local Area Network (WLAN)應(yīng)用的研究熱點,即低成本、高性能且具備完全自適應(yīng)波束賦形功能的智能天線系統(tǒng),提出并實現(xiàn)了一種5.8GHz基于頻率可搬移矢量調(diào)制器模塊的1×8有源一體化發(fā)射天線系統(tǒng)。該天線系統(tǒng)可以與實驗室開發(fā)的面向新一代無線局域網(wǎng)的8×8的MIMO系統(tǒng),以較低的成本,實現(xiàn)Massive MIMO的功能。在研究中,通過將頻率可搬移矢量調(diào)制器模塊在C波段實現(xiàn),原本需要付出昂貴代價的高頻幅相調(diào)制功能被低成本的模擬IC器件在低頻處以更高的調(diào)制精度完成。將此模塊應(yīng)用于各射頻發(fā)射鏈路后,該有源一體化發(fā)射天線系統(tǒng)足以具備完全的波束賦形功能。針對該系統(tǒng)加工實物所做的測試充分驗證了對其分析的合理性并展示出了其所具有的低成本、高靈活性、寬掃描角(-50°至50°增益波動小于2dB)及高精度(波束指向誤差在1°以內(nèi))等優(yōu)點。這部分研究成果已投稿至國際核心期刊IEEE Antennas Wireless Propag. Lett.。
【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】：2015
【分類號】：TN822

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4 高向軍,王聰敏;兩種雙頻微帶天線的分析與設(shè)計[J];雷達(dá)與對抗;2003年01期

5 王聰敏,高向軍,夏冬玉;寬帶微帶天線技術(shù)的探討[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2003年08期

6 張雪松,朱超甫,顧頤;使用微帶天線進(jìn)行近距離能量傳遞[J];北京科技大學(xué)學(xué)報;2003年06期

7 唐祥生,顧長青;展寬微帶天線圓極化帶寬的幾種方法[J];金陵科技學(xué)院學(xué)報;2004年04期

8 陳浩,游佰強;藍(lán)牙微帶天線的設(shè)計和仿真[J];廈門大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2005年S1期

9 車仁信;張坤武;程鑫;;微帶天線參數(shù)模擬測試[J];電子測量技術(shù);2005年03期

10 王素玲;沈?qū)W民;;折疊短路式小型化雙層微帶天線[J];紅外與毫米波學(xué)報;2006年06期

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3 李洪彬;房少軍;丁衛(wèi)平;;低成本高增益微帶天線的設(shè)計[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2009年

4 王少永;朱旗;;加載短路釘微帶天線的理論分析[A];2005年“數(shù)字安徽”博士科技論壇論文集[C];2005年

5 姚德淼;蔡建明;;寬頻帶高增益微帶天線元研究[A];1995年全國微波會議論文集（上冊）[C];1995年

6 任冬梅;莊馗;;新型彈載寬頻背腔菱形微帶天線的研究和實踐[A];2009年全國天線年會論文集（上）[C];2009年

7 劉廣燕;楊宏春;張連紅;阮成禮;;一種新穎的寬帶微帶天線[A];2009年全國天線年會論文集（上）[C];2009年

8 于曉東;阮成禮;;微帶天線寬頻帶技術(shù)的研究[A];2009年全國天線年會論文集（上）[C];2009年

9 曹宜森;盧春蘭;彭川;朱衛(wèi)剛;;一種小型化雙頻微帶天線設(shè)計[A];2009年全國天線年會論文集（上）[C];2009年

10 劉洪頤;李大偉;陳征祥;王磊;;一種微帶天線的優(yōu)化設(shè)計[A];2009年全國天線年會論文集（下）[C];2009年

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1 湖南 譚仲;微帶天線[N];電子報;2003年

2 付薔　閆秋華 田欣;順時應(yīng)勢 寧靜致遠(yuǎn)[N];科技日報;2009年

3 黃興章;新型有機高分子磁性微帶天線研制獲重要進(jìn)展[N];科技日報;2000年

4 史記;國外RFID：功能擴(kuò)大 應(yīng)用拓寬 日漸普及[N];中國包裝報;2007年

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3 韓麗萍;差分雙頻微帶天線研究[D];山西大學(xué);2010年

4 袁家德;曲面微帶天線的電磁仿真技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

5 賀秀蓮;微帶天線的數(shù)學(xué)建模理論與數(shù)值分析方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2005年

6 杜成珠;基于三維正交機織的紡織微帶天線[D];上海大學(xué);2012年

7 王昊;微帶天線的研究[D];南京理工大學(xué);2009年

8 張需溥;小型化微帶天線的設(shè)計與數(shù)值分析[D];上海大學(xué);2004年

9 徐唯偉;帶內(nèi)低散射微帶天線及其陣列研究[D];北京交通大學(xué);2015年

10 劉君英;可重構(gòu)微帶天線研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

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3 劉寶宏;微帶天線的分析和寬頻帶設(shè)計[D];南京理工大學(xué);2002年

4 尹靜;微帶天線寬頻帶技術(shù)研究[D];北京交通大學(xué);2007年

5 張欣;微帶天線寬頻帶技術(shù)的研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

6 賴慧芳;寬頻帶與緊湊型微帶天線的研究與設(shè)計[D];江西師范大學(xué);2011年

7 李星;微帶天線在無線通信中的研究與設(shè)計[D];西安工程大學(xué);2011年

8 曾群超;無線圖像傳輸?shù)奈У笷天線仿真研究與設(shè)計[D];燕山大學(xué);2015年

9 郭睿;高速轉(zhuǎn)臺環(huán)境下發(fā)動機壓力測量系統(tǒng)研究[D];南京理工大學(xué);2015年

10 狄萃;彈體共形微帶天線設(shè)計及射頻電路仿真技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2015年

本文編號：2774514