60GHz平面MIMO天线的研究

发布时间：2017-04-06 16:09

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【摘要】：近年来,随着手持设备性能的不断发展,消费者对于数据传输有了越来越高的需求。而60GHz无线通信频段由于其高达Gbps的数据传输速率而逐渐吸引了研究者们的重视,以满足人们对于高数据传输的要求。同时,60GHz无线通信还具有较高的安全性,作为室内信号传输能做到很好的保密性。因此,各国纷纷制定了用于60GHz无线通信的802.1ad标准,对于60GHz无线通信的研究也成为热点。然而,60GHz频段无线通信存在明显的瓶颈,首先,60GHz频段电磁波处于大气的吸收峰值,导致信号传输具有很大的衰减,室内的一些障碍物包括墙体、玻璃等甚至人体都对信号有一定的损耗。其次,信号传输中存在多径衰落效应,这些缺陷对信号实现较远距离的传输是比较大的阻碍。MIMO(multiple-input multiple-output)技术可以获得分集增益,有效地提高信道容量和信噪比,同时也是对抗多径衰落的有效手段,因而将MIMO技术和60GHz通信结合起来,对于克服该频段的缺陷,实现信号的较远传输是十分有利的。而天线作为信号的收发部分自然成为了60GHz频段的研究热点之一,设计工作于60GHz的MIMO天线也是一个重要的研究方向,但这一方面的研究还比较缺乏甚至处于空白,所以本课题选择这一研究方向。本论文的主要工作包括:1、设计并实现了两款60GHz频段的微带天线,一款天线采取修改的U型辐射贴片设计,测试结果表明,天线的带宽为58.4GHz到63.2GHz,满足60GHz无线通信的要求,同时对本论文中频率响应、方向图的测试方法与步骤进行了详细地介绍和说明;第二款天线是2?2微带阵列天线的设计,首先分析并设计了馈电网络,测试结果表明,天线的工作频率为57.7GHz到62.3GHz,同时测得天线的最大峰值增益可到18dBi。2、设计并实现了三款不同分集方式的60GHz MIMO天线,第一款具有双极化分集特性,辐射贴片形状为三角形单极子天线,采取共面波导馈电方式,通过在45°方向引入矩形枝节,有效地减少端口间的隔离度,该天线可以工作在54.7GHz到63.1GHz,同时该频段内端口之间的隔离度大于15dB;第二款天线具有角度分集特性,天线采用双枝节结构,可以较好地实现阻抗匹配和方向图分集,同时对第二枝节修改成折叠式可以有效地减少端口之间的耦合,并通过地板层开L型的槽,进一步提升了端口的隔离度,天线的工作带宽为56.5GHz~63.4GHz,整个工作频段内端口隔离度大于20dB,并且方向图很好地实现了角度分集的特性;第三款天线为2?2的微带阵列MIMO天线,首先对馈电二等分功分器和馈电网络进行了仿真和优化,得到了等幅输出的馈电网络,组成的2?2阵列MIMO天线的工作频段为56.6GHz~62.8GHz,端口之间的隔离度大于15dB,最后测得天线在60GHz的峰值增益为17.598dBi。
【关键词】：60GHz MIMO 短距离通信 平面天线
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 60GHz短距离通信的背景和优势14-17
• 1.1.1 60GHz短距离通信的背景14-15
• 1.1.2 60GHz短距离通信的优势15-17
• 1.2 MIMO技术的发展与优势17-19
• 1.2.1 MIMO技术的发展17-18
• 1.2.2 MIMO技术的优势18-19
• 1.3 60GHz天线的研究现状19-22
• 1.4 本文的主要工作和意义22-23
• 1.5 本学位论文的组织结构23-24
• 第二章 平面MIMO天线设计的基本理论24-36
• 2.1 基本参数24-29
• 2.2 60GHz MIMO天线设计的基本要求29-30
• 2.3 天线的数值分析方法30-34
• 2.3.1 有限元法30-31
• 2.3.2 时域有限差分法31-33
• 2.3.3 矩量法33-34
• 2.4 MIMO天线的分集方式34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 60GHz短距离通信平面天线设计36-53
• 3.1 微带天线宽带技术36-37
• 3.2 用于 60GHz短距离通信的平面印刷天线设计37-45
• 3.2.1 天线的结构与参数37-38
• 3.2.2 天线的设计过程分析38-40
• 3.2.3 天线的测试结果40-45
• 3.3 60GHz微带阵列天线的设计45-52
• 3.3.1 天线的结构与参数46-47
• 3.3.2 天线的设计过程分析47-50
• 3.3.3 天线的测试结果50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 具有MIMO特性的 60GHz平面天线设计53-77
• 4.1 60GHz双极化分集天线设计53-60
• 4.1.1 天线的结构与参数53-54
• 4.1.2 天线的设计过程分析54-56
• 4.1.3 天线的测试结果56-59
• 4.1.4 天线端.间的隔离度分析59-60
• 4.2 60GHz角度分集天线的设计60-69
• 4.2.1 天线的结构与参数60-61
• 4.2.2 天线的设计过程分析61-66
• 4.2.3 天线的测试结果66-69
• 4.2.4 天线端.间的隔离度分析69
• 4.3 60GHz阵列MIMO天线的设计69-76
• 4.3.1 天线的结构与参数70-71
• 4.3.2 天线的设计过程分析71-73
• 4.3.3 天线的测试结果73-76
• 4.3.4 天线端.间的隔离度分析76
• 4.4 本章小结76-77
• 第五章 结论与展望77-79
• 5.1 本论文的主要工作和创新77-78
• 5.2 未来工作展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-85
• 攻硕期间取得的研究成果85-86

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本文编号：289186