智能终端天线设计

发布时间：2020-05-19 16:25

【摘要】：现如今,移动通信行业发展势头迅猛,4G通信已经发展成熟,5G通信也早已被提上日程。而且,智能可穿戴终端设备发展势头如雨后春笋一般,可穿戴天线也是研究热点。为了迎合发展潮流,本文着重研究了未来移动智能终端中可能应用的天线类型,包括移动智能可穿戴设备中的天线设计、未来5G通信毫米波频段天线单元设计及阵列设计。首先,本文设计了一款基于柔性材料的多频表带天线。该天线使用多支节单极子产生多频性能,利用其高次模和耦合支节产生更多的谐振频带。还研究了该柔性天线分别在平展和弯曲状态下的工作性能。并设计了人体手臂模型;对该柔性天线分别在弯曲和平展状态下,加载人体手臂模型后的工作性能做了对比。仿真和实测结果表明,在平展和弯曲状态下,该多频柔性表带天线-6dB反射系数带宽仿真和测试结果均基本覆盖GSM 1800 MHz频段、ISM 2400 MHz频段、Bluetooth频段、WiMAX 3500 MHz频段和未来中国5G通信3.3-3.6 GHz频段、WLAN 5 GHz频段;加载人体组织后,其工作性能基本保持一致。该天线可作为智能可穿戴设备天线的备选方案。其次,本文设计了一款适用于未来5G通信的宽带毫米波天线单元,并对其进行相控阵分析。通过在平面单极子天线的合适部位刻蚀缝隙来展宽其谐振带宽。仿真和实测结果表明,该天线单元的谐振带宽为31.3-45.7 GHz,相对带宽为37.4%,该工作频带涵盖了31.8-33.4 GHz、37-40.5 GHz、40.5-42.5 GHz、42.5-43.5 GHz四个可能应用于未来5G通信的毫米波频段。通过分析天线单元的辐射性能,依据其最大辐射方向来选择合适的阵列排布方式。选用垂直布阵方式,对其进行相控阵仿真分析,仿真结果表明该阵列可实现宽波瓣宽角域波束扫描性能。该天线单元及阵列可作为未来5G移动智能终端天线的备选方案。最后,本文设计了一款适用于未来5G通信的多波束阵列天线。天线单元为基于SIW结构的磁电偶极子天线,其工作频段覆盖未来中国5G通信毫米波24.75-27.5 GHz频段。为了方便加工、测试,设计了微带线转SIW过渡结构。阵列天线的馈电网络选用4×4 Butler矩阵。从Butler矩阵的各个元器件入手,依次设计了-3dB定向耦合器、0dB交叉耦合器以及两种移相器。将4×4 Butler矩阵与磁电偶极子天线阵列级联,完成适用于未来5G通信的多波束阵列天线设计。仿真和测试结果表明,该多波束阵列天线可实现在24.75-27.5 GHz频段内,4个波束的方位面半功率波束宽度覆盖±54°角域。该阵列天线可作为未来5G智能移动终端天线的备选方案。
【图文】：

天线,弯折,超宽带天线,绪论

第一章绪论Z. Hamouda 等人利用聚酰亚胺膜（kapton）设计了一款 2.4GHz/5GHz 双频 WIFI 天线，将其弯折成 S 型之后仍然具有优越的性能[15]；2015 年，Shengjian Jammy Chen 等人在聚乙烯二氧噻吩（PEDOT polymer）上设计了一款超宽带天线，将此天线弯折 180°，仍有多个频段在向外辐射电磁波[16]。柔性介质天线研究较为广泛，还有[17][18]等。近几年，也有研究者将可穿戴天线设计在 LOGO 上，比如[19]-[21]等，这种设计是为了方便物品追踪、定位、找回。

波束扫描,阵列,仿真结果,排布

通过相控阵仿真，可实现端射的波束扫描。在文献[24]中，Naser Ojaroudiparchin 等提出如图1.2.a 所示的阵列天线三维排布方式，通过该排布形式，可实现三维的波束扫描，如图 1.2.b 所示。在文献[25]中，Naser Ojaroudiparchin 等提出一种多层结构的偶极子天线，采用如图 1.3 所示的排布方式，可实现波束扫描角域加倍，，还能形成毫米波子阵列 MIMO 架构。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820

【参考文献】