应用于通信系统中的宽频带小型化介质天线研究

发布时间：2017-11-02 00:20

  本文关键词：应用于通信系统中的宽频带小型化介质天线研究

  更多相关文章： 移动通信系统 介质谐振器 宽频带 小型化 超材料 CSRR

【摘要】：随着大数据以及电子商务的兴起,移动通信技术的飞快发展,人们的工作和生活质量得到了很大改善。近年来,LTE技术发展日趋成熟。2013年4G牌照的下发,使LTE技术能够大规模应用于移动终端,移动通信发展全面进入4G时代。现如今全球4G建设规划方兴未艾,5G通信研究已开始兴起。未来的移动通信将趋于高频传输、高数据传输速率、高频谱利用率以及高密集网络方向发展。天线作为移动终端和基站的组成器件,在移动通信系统中起着至关重要的作用。最近几年,介质谐振器天线因其体积小、重量轻、无表面波损耗等优点而备受瞩目,它能够获得比传统微带天线更高的增益,极大地增强了信号的接收和发射强度。本文结合实际需要,采用介质谐振器结构研究和设计了应用于2G、3G、4G的宽频带小型化天线,以及应用于5G的均匀直线阵天线。本文受国家自然科学基金资助,对超材料、天线宽频带小型化以及5G天线进行了下列研究工作：(1)研究并设计了两款宽频带介质谐振器天线。第一款在圆柱形介质谐振器上蚀刻四个对称矩形槽来增加天线带宽,并在此基础上插入接地金属圆柱进一步展宽带宽。此外设计一款同轴馈电的n形介质谐振器天线。两款天线均能兼容PCS/UMTS/WLAN/LTE等通信频段,并且具有比微带天线更高的增益。(2)研究并设计了两款小型化介质谐振器天线。第一款在开槽圆柱形介质天线中间插入接地金属片,天线变成半圆柱形结构尺寸减小了50%。并在金属片上加载超材料CSRR结构,令天线在小型化的同时能够兼容更多频段。第二款通过增大谐振器介电常数的方法实现n形天线的小型化。虽然天线的带宽变窄了,但是体积减小到原来的八分之一。并且两款天线的增益均为5.5dB左右。(3)研究了介质谐振器天线在5G通信系统中的应用。首先设计一款工作于28GHz的半圆柱介质谐振器天线单元。其次设计了一款1分8的威尔金森功分器结构,与单元组成8单元均匀直线阵天线来提高增益。该天线的增益由原来的6.63dB增加到15dB,频带宽度达到2GHz,较好地满足5G通信要求。
【关键词】：移动通信系统 介质谐振器 宽频带 小型化 超材料 CSRR
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 英文缩略词9-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景及其意义13-14
• 1.2 介质谐振器天线14-15
• 1.3 国内外研究现状15-19
• 1.3.1 移动终端介质谐振器天线的研究现状15-18
• 1.3.2 5G通信的研究现状18-19
• 1.4 本论文的组织架构以及主要创新点19-21
• 第二章 介质谐振器天线的理论基础21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 矩形介质谐振器天线的理论基础21-25
• 2.3 圆柱形介质谐振器天线的理论基础25-26
• 2.4 介质谐振器天线的结构分类26-28
• 2.4.1 缝隙耦合馈电26-27
• 2.4.2 同轴探针馈电27-28
• 2.5 全波三维电磁仿真软件HFSS的介绍28-30
• 2.6 天线的主要参数30-32
• 2.6.1 天线的工作频段和带宽30-31
• 2.6.2 天线的参数31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第三章 基于圆柱形和矩形DRA的宽频带研究33-52
• 3.1 引言33
• 3.2 实现DRA宽频带的主要研究方法33-34
• 3.3 缝隙耦合馈电的开槽圆柱形DRA的宽带化研究34-40
• 3.3.1 开槽结构圆柱形DRA的设计方案34-35
• 3.3.2 天线结构及其参数35-36
• 3.3.3 天线参数分析36-40
• 3.4 引入接地金属圆柱的开槽圆柱形DRA的宽带化研究40-45
• 3.4.1 天线结构41
• 3.4.2 天线的参数及其优化41-45
• 3.5 同轴馈电的n形DRA的宽带化研究45-51
• 3.5.1 天线结构及其参数46-47
• 3.5.2 天线参数仿真结果47-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第四章 介质谐振器天线的小型化研究52-66
• 4.1 引言52
• 4.2 实现DRA的小型化的主要研究方法52
• 4.3 圆柱形DRA的小型化实现方法52-56
• 4.3.1 天线结构53-54
• 4.3.2 天线参数的优化分析54-56
• 4.4 CSRR结构在小型化圆柱形DRA中的研究56-60
• 4.4.1 开口谐振环(SRR)技术在天线中的应用56-57
• 4.4.2 加载CSRR的天线结构57-58
• 4.4.3 天线的仿真结果58-60
• 4.5 n形介质谐振器天线的小型化实现方法60-64
• 4.5.1 天线结构及其参数60
• 4.5.2 天线小型化的研究过程以及仿真60-64
• 4.6 本章小结64-66
• 第五章 应用于5G移动通信系统的介质天线研究66-80
• 5.1 引言66-67
• 5.2 单元天线设计67-71
• 5.2.1 单元天线的结构及其仿真优化67-68
• 5.2.2 天线参数的仿真优化68-70
• 5.2.3 天线在28GHz谐振频率处的增益70-71
• 5.3 均匀直线阵天线的高增益设计71-79
• 5.3.1 天线馈电网络的设计72-74
• 5.3.2 馈电网络的具体结构74-76
• 5.3.3 8单元天线结构的设计以及仿真76-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 本文的主要工作总结80
• 6.2 未来工作展望80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果89

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