Q波段圆极化平面天线阵列研究

发布时间：2020-03-30 07:05

【摘要】：随着无线通信的高速发展,对通信信道的数据传输速率以及传输带宽提出了更高的要求,高频化、宽带化是无线通信系统的必然发展趋势。面对日趋复杂的通信环境,圆极化天线在降低极化损耗、抵抗多径效应以及避免法拉第旋转效应等方面有着独特的优势,广泛应用于射频识别、广播电视、车载雷达、电子对抗以及卫星通信等诸多领域。本论文围绕Q波段的圆极化平面天线阵列开展研究,主要工作如下:首先,研制了两种基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)馈电的圆极化贴片天线阵列,均以缝隙耦合馈电的切角贴片天线作为辐射单元,中心工作频率为45 GHz。其一是并馈结构的2×2圆极化贴片天线阵列,根据耦合缝隙位置不同,将四个辐射单元巧妙地组合排列以实现顺序旋转馈电效果,实际测得的-10-dB阻抗带宽为14.2%,3-dB轴比带宽为9.3%,最大增益为12 dBic,辐射效率为75%。其二是串馈结构的4×4圆极化贴片天线阵列,为扩展阵列规模并避免增加传输损耗,将顺序旋转馈电思路应用于串馈结构中,提出一种新颖的1×4串馈式圆极化贴片线阵,并以此为基础,将四个1×4线阵作为子阵列进行反相对馈,最终设计的4×4圆极化贴片天线阵列在43 GHz~47 GHz范围内获得了稳定的辐射方向图,实际测得的-10-dB阻抗带宽为27.6%,3-dB轴比带宽为11.6%,最大增益为17.1 dBic,辐射效率为76.9%。其次,研制了一种加载超表面的4×4圆极化贴片天线阵列,中心工作频率为45GHz。该天线阵列由加载超表面的切角贴片、微带线结构的顺序旋转馈电网络以及SIW结构的H形功分器组成。其中,加载超表面可以提升天线的驻波、轴比与增益性能,微带线结构的顺序旋转馈电网络具有紧凑性且同时有效拓展了轴比带宽,而SIW结构的H形功分器则进一步扩展了阵列规模,实际测得的-10-dB阻抗带宽为32%,3-dB轴比带宽大于22.2%,最大增益为18.2 dBic,辐射效率为86.1%。
【图文】：

示意图,信道化,频谱资源,方案

GHz 频率范围的 Q 波段，LINK 表示远距高速传输，PAN 表示短距高速覆盖。Q-LINKPAN的短距标准 Q-LINKPAN-S 已经成为国际标准 IEEE 802.11aj（45 GHz）并于 2018 年正式发布。图1-1展示了一种国内45 GHz频谱划分和信道化方案，具体划分为42.3 GHz~47GHz 和 47.2 GHz~48.4 GHz 两个频段，包含 540 MHz 和 1080 MHz 两种带宽[11]-[16]。作为无线通信系统中的关键部件，天线实现了传输线导行波与自由空间电磁波之间的转换，在无线信号的发射与接收过程中具有不可替代的价值，因而广泛应用于各个工程领域中[17]-[22]。根据天线辐射电场强度的矢量末端运动轨迹呈现线状、椭圆状以及圆状，，可将天线划分为线极化、椭圆极化以及圆极化三种类型。线极化天线有着设计方便、

馈电网络,十字形,中心位置,圆极化

(c) (d)1-2 几种基于 SIW 结构的顺序旋转馈电网络：(a) 十字形双层馈电网络；(b) 非对称 H 形功分中心位置纵缝耦合的十字形双层馈电网络；(d) 中心位置交叉缝隙耦合的十字形双层馈电网(c) (d)图 1-3 上方加载超表面结构的圆极化贴片天线及阵列：(a) 圆极化贴片天线；(b) 圆极化贴线阵列
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN820

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