无线通信中新型天线及天线阵技术研究

发布时间：2017-04-30 20:23

  本文关键词：无线通信中新型天线及天线阵技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着信息技术的高速发展,现代无线通信系统对天线宽频带、小型化、高增益、易集成等性能提出了更高的要求。针对此背景,本论文面向复杂环境下超高频(Ultra High Frequency, UHF)射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)、毫米波通信及无线局域网(Wireless Local Area Networks, WLAN)系统的应用中面临的技术难题,首先提出了基于复杂环境下UHF RFID波束扫描天线阵设计方法。然后基于微机械工艺提出了低损耗的矩形微同轴传输线及宽带、高效的天线阵设计方法。最后提出小型化人工磁材料(Artificial Magnetic Conductor, AMC)结构的太赫兹天线和宽带频率选择表面(Frequency Selective Surfaces, FSS)结构的5G高增益天线设计方法。论文研究内容包括以下几个方面： 1.复杂环境下UHF RFID波束扫描天线阵研究 提出的波束扫描读写器天线阵是解决金属腔环境下UHF RFID系统读取空洞的有效方法。同时设计了三款波束扫描天线阵。第一款为相控波束扫描天线阵,采用butler矩阵作为馈电网络,提供对不同天线单元的相位控制,以达到波束扫描功能。第二款为轮询波束扫描天线阵,采用开关对每个天线单元进行馈电,通过各单元之间的寄生达到波束扫描的效果。第三款对轮询波束扫描天线单元进行倒置放置,通过改变单元之间的寄生特性达到提高天线带宽和增益的效果。本论文对设计的三款波束扫描天线的读取性能进行了测试,三款天线分别在输入功率为18dBm、16dBm口14dBm时,达到100%读取率。 2.基于微机械工艺的高效60GHz天线阵研究 首先提出了基于微机械工艺的矩形微同轴传输线结构,该传输线采用SU8支撑同轴线内径,形成镂空结构,降低毫米波传输线的损耗。该传输线在80GHz时损耗小于0.045dB/mm,且能兼容CMOS工艺。然后基于矩形微同轴传输线的多层工艺,设计两款60GHz天线阵。第一款天线采用阶梯耦合馈电,以达到宽带效应。该天线阵工作带宽为8.5GHz (57.8～66.3GHz)。在61GHz中心频率,天线增益为13.2dBi,效率达到90%。第二款天线阵采用E型贴片以获得宽带圆极化。该天线轴比带宽为11.1%(58.6～65.5GHZ)。在61GHz中心频率,天线增益为13.3dBi,效率为90%。 3.基于FSS加载的双极化WLAN天线研究 提出了宽带FSS结构。通过对圆形贴片的FSS结构进行矩形开槽,形成宽带FSS。该宽带FSS结构在4-6.5GHz频率范围内反射相位为-155°～-173°,比未开槽时更加平滑。然后将宽带FSS结构加载在双极化天线中,提高天线的带宽和增益。加载后的双极化天线工作带宽为1GHz (5-6GHz),增益为13dBi。相比未加载时,天线带宽提高400MHz,增益提高5.6dBi。 4.基于小型化AMC加载的高效、宽带太赫兹天线研究 提出了小型化AMC结构,以提高太赫兹天线的增益和效率。该设计面向的是基于CMOS工艺太赫兹天线设计中带宽窄和效率低等问题。提出了双层偶极子太赫兹天线,以提高天线带宽。该太赫兹天线带宽为51GHz(200～251GHz)。在220GHz频率,天线增益为0.7dBi,方向图向下,效率为20%。然后提出了切半AMC结构,实现AMC小型化。最后将小型化AMC加载于设计的太赫兹天线上,提高天线带宽和增益。该太赫兹天线带宽为66GHz(200-266GHz)。在220GHz频率,天线增益为0dBi,方向图向上,效率为32%。
【关键词】：RFID 波束扫描 60GHz 矩形微同轴传输线 AMC FSS
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.2 国内外发展现状13-23
• 1.2.1 复杂环境下UHF RFID读写器天线技术研究现状13-16
• 1.2.2 60GHz天线研究现状16-19
• 1.2.3 太赫兹天线研究现状19-22
• 1.2.4 频率选择表面研究现状22-23
• 1.3 论文的主要工作内容23-25
• 1.4 论文创新点25-26
• 第二章 复杂环境下UHF RFID波束扫描天线阵技术研究26-48
• 2.1 引言26-27
• 2.2 小型化双短路倒F天线单元设计27-30
• 2.3 相控双面波束扫描读写器天线阵研究30-39
• 2.3.1 相控天线阵设计30-32
• 2.3.2 Bulter矩阵馈电网络设计32-34
• 2.3.3 一分三功分器设计34-36
• 2.3.4 波束扫描性能及读取性能测试与分析36-39
• 2.4 轮询波束扫描读写器天线阵研究39-42
• 2.4.1 轮询天线阵设计39-41
• 2.4.2 波束扫描性能及读取性能测试与分析41-42
• 2.5 倒置轮询波束扫描读写器天线阵研究42-46
• 2.5.1 倒置轮询天线阵设计42-44
• 2.5.2 波束扫描性能及读取性能测试与分析44-46
• 2.6 本章小结46-48
• 第三章 基于微机械工艺高效60GHZ天线阵研究48-70
• 3.1 引言48
• 3.2 60GHz矩形微同轴传输线研究48-54
• 3.3 高效、宽带背腔贴片60GHz天线阵研究54-60
• 3.3.1 高效、宽带背腔贴片60GHz单元设计54-57
• 3.3.2 基于矩形微同轴传输线的一分四功分器设计57-58
• 3.3.3 高效、宽带背腔贴片天线阵设计及性能分析58-60
• 3.4 宽带E型圆极化60GHz天线阵研究60-67
• 3.4.1 60GHz E型圆极化贴片单元设计61-64
• 3.4.2 基于矩形微同轴传输线的一分四功分器设计64-65
• 3.4.3 宽带E型圆极化60GHz天线阵设计及性能分析65-67
• 3.5 本章小结67-70
• 第四章 宽带FSS加载的高增益、双极化F-P天线研究70-84
• 4.1 引言70
• 4.2 F-P天线模型分析70-71
• 4.3 宽带频率选择表面研究71-75
• 4.4 FSS加载双极化天线研究75-79
• 4.5 FSS加载对天线影响研究79-82
• 4.6 本章小结82-84
• 第五章 小型化AMC加载高效、宽带太赫兹天线研究84-98
• 5.1 引言84
• 5.2 AMC结构研究84-88
• 5.3 小型化AMC结构研究88-90
• 5.4 太赫兹天线设计90-93
• 5.5 加载小型化AMC太赫兹天线设计及性能分析93-96
• 5.6 本章小结96-98
• 第六章 总结与展望98-101
• 6.1 本文的主要研究工作总结98-99
• 6.2 研究展望99-101
• 参考文献101-112
• 致谢112-113
• 攻读博士学位期间发表的学术论文目录113
• 攻读博士学位期间申请的国家专利113

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李有权;张光甫;袁乃昌;;基于AMC的吸波材料及其在微带天线中的应用[J];电波科学学报;2010年02期

2 刘盛纲;钟任斌;;太赫兹科学技术及其应用的新发展[J];电子科技大学学报;2009年05期

3 张泳;王秉中;;AMC用于传输、辐射及散射问题的研究进展[J];电子科技大学学报;2011年02期

4 卓兰;郭楠;;60GHz毫米波无线通信技术标准研究[J];信息技术与标准化;2011年11期

5 钦耀坤;;毫米波天线的新进展[J];光纤与电缆及其应用技术;1993年05期

6 张昌明;肖振宇;曾烈光;高波;苏厉;金德鹏;;基于IEEE 802.11ad标准的单载波60GHz通信系统性能分析[J];电子与信息学报;2012年01期

7 闫敦豹;高强;付云起;张国华;袁乃昌;;一种新的紧凑型人工磁导体结构[J];电子与信息学报;2005年12期

8 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

9 田开波;张军;孙波;张力;姜静;邢卫民;;Q-LINKPAN技术应用于短距离室内通信研究[J];信息技术与标准化;2013年Z1期

10 李戈阳;李瑞;李维林;;基于电抗加载的单通道五元多波束扫描天线阵设计方法研究[J];中国舰船研究;2011年05期

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1 郑书峰;频率选择表面的小型化设计与优化技术研究[D];西安电子科技大学;2012年

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本文编号：337534