应用于5G通信的毫米波可重构天线设计

发布时间：2020-08-25 00:24

【摘要】：信息科技的发展日新月异,人们对通信系统的要求日益增长,射频系统器件数量、现代通讯电子设备数量均有大幅度提升,通信系统承载空间不足的问题也越来越受到国内外研究人员的重视。因此,开展可重构天线技术的研究和应用,通过将单个天线设计成为多个天线的功能集合体来简化通信系统的电磁环境,具有较强研究价值。毫米波通信应用范围广泛,在当前乃至未来的通信系统研究领域中有着举足轻重的地位。本论文主要开展应用于5G通信的毫米波方向图可重构天线以及毫米波频率可重构天线的研究。首先,论文对毫米波可重构天线的研究意义、60GHz频段天线的特点以及当前研究的现状进行了简要介绍,并对毫米波可重构天线设计中所需要的关键技术原理,如微带天线设计基础、可重构天线所需要的MEMS开关的基本原理等进行了系统地阐述。其次,研究并设计了一款工作于60GHz频段的毫米波方向图可重构天线。在研究天线主辐射贴片和寄生贴片上电流分布的基础上,综合考虑波束扫描范围及天线其他性能,对天线顶部耦合贴片的阵列结构进行了设计。结果表明天线可达到???????????-????,,,,,,1359045030030共9个方向的波束转移,且在9种模式下的带宽均可覆盖60GHz通信系统所要求的57GHz-64GHz频率范围,各模式下增益稳定在8.13dBi以上,较好地实现了方向图重构特性。最后,研究并设计了一款工作于Ka波段的毫米波频率可重构天线。通过分析微带贴片天线谐振频率公式,找出影响该频率可重构天线工作频点的关键因子,并通过仿真软件对天线结构进行设计仿真并测试,结果表明天线可以在高频点39.1GHz和低频点26.2GHz两个频点来回切换,且两种模式下的方向图、增益没有很大变化,较好地实现了频率重构特性。并针对本文所设计的频率可重构天线的尺寸仿真了一款MEMS开关,根据其仿真结果,验证了在天线设计过程中使用开关理想模型代替真实开关进行仿真的可行性。同时将所设计的频率可重构天线进行开关与天线一体化的仿真分析,使仿真结果更加真实有效,更利于将来的整体加工制造。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820;TN929.5
【图文】：

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士学位论文可重构天线研究现状构天线的诸多优点使得近年来国内外学者对方向究工作，当前常见的方向图可重构天线可以分为以2-15]，开关为接地类型的结构[16-18]及阵列结构[19-20]。计了一款分形结构的方向图可重构天线。天线结构为两部分，一部分为两侧的分形结构，一部分为中正方形贴片，两端的分形结构为三阶 Hilbert 曲线贴片产生激励，两侧的分形结构通过开关与中央贴，天线的表面电流也会产生变化，从而实现方向图

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天线的表面电流也会产生变化，从而实现方向图可图 1.1 方向图可重构平面分形天线结构图]中的天线结构如图 1.2 所示。该天线由两部分组成：一中央的六边形贴片和两侧的寄生结构组成，寄生结构贴片；另一部分是与寄生单元相连的接地开关。该天线六边形贴片进行馈电，通过控制开关通断来改变天线的

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1.3 阵列结构的方向图可重构天线结构图种类型的方向图可重构天线外，公部分可重构天线的研究都是在低频段工艺和加工精度的原因，这方面的究更为匮乏，目前只有在文献[24]中2015 年隆德大学的 Bondarik 等人提线。天线的结构如图 1.4，该天线有缝隙耦合的馈电结构，中层的矩形贴贴片产生耦合，九个寄生贴片之间加察其对天线辐射方向图的影响。最到了 7.3dBi。

【参考文献】