毫米波平面天线设计与实现

发布时间：2017-09-08 14:16

  本文关键词：毫米波平面天线设计与实现

  更多相关文章： 60GHz 45GHz 片上天线 高增益天线 Q-LINKPAN

【摘要】：随着移动网络多媒体的快速发展,人们对终端间的数据传输速率要求越来越高,现有的无线通信技术受其频率与带宽等限制已经无法满足需求。而毫米波60GHz频段因其具有丰富的频谱资源并且具有Gbps以上的通信速度而成为近年来的研究热点,各国纷纷制定了用于60GHz频段的标准,中国更是推出了包含45GHz和60GHz两个频段的IEEE 802.11aj(Q-LINKPAN)标准。天线作为毫米波通信系统发射机后端与接收机前端的重要组件,一直以来都是研究的重点与热点。在目前对于毫米波频段45GHz和60GHz天线的研究中,还有很多问题待解决。其中的两个研究热点,一个是基于硅基工艺的片上天线设计,由于毫米波频段天线尺寸很小,可将采用硅基工艺的片上天线集成到同一工艺的无线收发系统芯片中,同时,未来新一代的毫米波无线通信技术可能是多个频带,而目前对于片上天线的报导中多为单频设计,对多频片上天线的研究还比较缺乏;另一方面,基于PCB或者LTCC工艺的高增益天线设计也是需要重点研究的问题,这是因为60GHz频段处于大气对于电磁波的吸收峰值,导致电磁波空间传播损耗大,只能够覆盖很小的区域,而目前60GHz功率放大器很难做到比较大的输出功率,设计高增益天线是提高信号传播距离行之有效的方法,这使得60GHz高增益天线的设计成了一个热门方向,而当前60GHz的高增益天线通常具有复杂的多层结构,这使得它不仅加工制作困难,而且成本昂贵,不便于实际应用。综上,本文在这两个方向分别进行探索,主要研究内容如下:1、基于硅基工艺设计并实现了四款片上天线,其中两款为45GHz和60GHz单频天线,天线分别为三角形和U形结构,测试结果表明,其工作频带分别覆盖40-47GHz和57-64GHz频带,其峰值增益分别达到了-5.5dBi和-2.58dBi,同时对于此类片上天线的测试系统进行了详细介绍;另外两款为45GHz60GHz双频天线,同时覆盖45GHz和60GHz频段,仿真结果显示其在45GHz的增益分别达到了1.8dBi和1.65dBi,在60GHz为1.82dBi和2.64dBi。2、基于传统的PCB加工工艺设计了四款60GHz高增益天线。四款天线全部采用单层介质板平面设计并且没有过孔,这使得其与现在报道的多层复杂结构的天线相比具加工简单、成本低廉等特点。第一款天线是具有副瓣抑制结构的渐变锥形缝隙天线,副瓣电平在-15dB以下,最大增益达到10.5dBi。第二款是具有风扇形抛物线反射阵列的高增益天线。天线的圆形是一个蝴蝶结结构的偶极天线。通过风扇形抛物线反射阵列,翅膀形对称反射枝节和“Ⅱ”形单元线性阵列加入三种结构,天线的辐射特性发生改变,变成了一个高增益定向天线。该天线的测试增益最大达到了10.9dBi。第三款和第四款分别设计了4×4和8×8微带天线阵列,最大增益分别达到了18.85dBi和20.9dBi。
【关键词】：60GHz 45GHz 片上天线 高增益天线 Q-LINKPAN
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 毫米波通信技术背景14-21
• 1.1.1 毫米波通信技术发展历程14-17
• 1.1.2 毫米波通信技术的特点和优势17-21
• 1.2 毫米波天线的发展状态21-25
• 1.3 本文的主要研究内容和意义25-26
• 第二章 毫米波平面天线设计的基本理论26-38
• 2.1 毫米波天线设计的基本参数26-30
• 2.2 天线的分析方法30-35
• 2.2.1 有限元方法31-32
• 2.2.2 时域有限差分法32-34
• 2.2.3 矩量法34-35
• 2.3 天线测量方法35-37
• 2.3.1 比较法测天线增益35-36
• 2.3.2 弗利斯传输公式法36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 基于硅基工艺的毫米波平面天线38-53
• 3.1 硅基工艺简单介绍38-40
• 3.2 基于硅基工艺的单频天线设计40-48
• 3.2.1 基于硅基工艺的 45GHz单频天线设计41-45
• 3.2.2 基于硅基工艺的 60GHz单频天线设计45-48
• 3.3 基于硅基工艺的双频毫米波天线设计48-52
• 3.3.1 基于硅基工艺的圆环结构双频天线设计48-50
• 3.3.2 基于硅基工艺的三角形结构双频天线设计50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 基于PCB工艺的毫米波高增益天线53-76
• 4.1 毫米波 60GHz平面高增益天线设计53-66
• 4.1.1 具有副瓣抑制特性的 60GHz平面高增益天线53-59
• 4.1.2 具有反射抛物阵列的新型高增益天线59-66
• 4.2 毫米波 60GHz微带阵列天线设计66-75
• 4.2.1 60GHz 4×4 微带阵列天线设计67-72
• 4.2.2 60GHz 8×8 微带天线阵列设计72-75
• 4.3 本章小结75-76
• 第五章 全文总结与展望76-78
• 5.1 本文的主要工作和创新76-77
• 5.2 后续工作展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-85
• 攻硕期间取得的研究成果85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 洪伟;王海明;陈继新;张念祖;杨广琦;张彦;姜鑫;;超高速近远程毫米波无线传输标准Q-LINKPAN研究进展[J];信息技术与标准化;2012年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 曲利岩;电磁场有限元分析技术的研究和实现[D];浙江大学;2002年

，

本文编号：814500