高性能毫米波新型天线研究
发布时间：2021-12-24 15:53
通信系统对带宽的需求使得人们开始探索尚未被完全开发利用的毫米波频段作为未来宽频通信网络的媒质。毫米波超宽的带宽使得未来通信系统高容量高速率的Gigabit速率传输成为可能。但是随着频率升高路径损耗严重,信号传输距离短。此外毫米波信道因为大气吸收以及雨衰使得损耗进一步加剧,举例来说,在60-GHz频段损耗高达15dB/km。为了解决这一问题,在天线层面要求天线必须具备包括宽频高增益等在内的一系列高性能指标。同时,传统的平面印刷工艺（Printcircuitboard,PCB）并不能满足毫米波天线的加工需求,更为稳定和精细的加工技术例如低温共烧陶瓷（Low temperature co-fire ceramics,LTCC）工艺,微加工工艺（Micro-fabrication）以及3-D打印技术成为了毫米波天线的主流加工技术。.本论文基于PCB,LTCC以及3-D 打印等工艺,从天线的辐射单元、馈电网络、电磁辐射极化调控与波束整形机理等方面进行创新,探索设计了一系列新型高性能毫米波天线并对其进行了相应的深入探讨。论文主要研究内容如下:1.新型60-GHz宽频高增益LTCC电磁封装天线的设计...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－４．侧射双极化准八木天线【３５］
?北京邮电大学工学博士论文???盖范围则由波束的数量来决定。多波束天线的评估指标主要包括扫描角度，增益，??副瓣电平，带宽，端口隔离度以及天线的效率等。多波束天线基本可以分为以下??几类：??叫?Ｋ?ｌｙ?令??，，ｆ?ｔ?－一＾?－ｔ—－??——ｖ—??一－－—??０￥Ｓ，?＾?＼?１?＂?????＾?????一?ｔｍｃｉｔａ＾．１?—?■??，?ｒ，．，?二工；－ｎｘｙｗｍ—：??＿ｌ?丨??（ａ）?（ｂ）??图１－５？三星公司提出的网格贴片天线［３６］。（ａ）?３ｄ视图。（ｂ）侧视图。??Ｈ－Ｐｏｌ．?Ａｎｔｅｎｎａ??图１－６．基于网格贴片天线的侧射相控阵天线［３６］。??Ｌｆｅｅｒ?１?Ｂａｓｅ?Ｓｔａｔｉｏｎ??Ｂａ５ｅ５ｉＫＬ?＂?愚??—?Ｉ??ｍ?＊?Ｕｓｅｒ??Ｕ？ｒ??ＵＭｆｒ?ｙｗ?＊??图１－７．多波束天线应用于基站通信中的场景［１５］。??１．基于反射面的多波束天线??基于反射面的多波束天线一般包含反射面与多个馈源。反射面可以是单??个的，如传统的抛物面天线［３９］，也可以是双反射面［４（）］，如卡塞格伦形式的天??线。馈源一般位于反射面的焦点处，通过调整不同馈源的开关，来控制不同??６??
?北京邮电大学工学博士论文???成的平面结构实现，同时透镜的输出辐射面可以直接接天线，也可以接传输??线，波导等。常见的这种透镜天线有Ｒｕｚｅ透镜＿和Ｒｏｔｍａｎ透镜［４７４９］等。图??１－１０所示为一种工作在Ｋａ频段的Ｒｏｔｍａｎ透镜，天线可以实现－２０度到２０度??的波束扫描以及１３．８ｄＢｉ的增益。??Ｄｕｍｍｙ?ｐｏｒｔｓ??ｆｉ?一??＇?－?Ｉ１！：??：｜?：＝＝＝???＂ｕｕｍｍｙ?ｐｏｒｔｓ??图１－１０．基于ＳＩＷ的Ｒｏｔｍａｎ透镜天线［４７］。??３．基于波束赋形馈电网络的多波束天线??与上述两类基于准光学原理实现多波束不同，基于波束赋形网络的多波??束天线利用在天线阵辐射面上的阵元的不同相位来实现不同波束的方向。到??目前为止，学者们己经提出了各式各样的波束赋形网络，但是最常用的当属??Ｂｕｔｌｅｒ矩阵＠５１１。Ｂｕｔｌｅｒ矩阵的网络示意图如图１－１１所示，它由固定相位的??移相器，交叉桥和９０度混合耦合器构成。在不同应用场景下可由不同的方??式，如微带线，槽线，波导，共面波导等实现。但是在毫米波频段，考虑到??低剖面，低损耗等因素，更多的是通过ＳＩＷ来实现。基于ＳＩＷ?Ｂｕｔｌｅｒ矩阵的??工作在Ｖ波段的毫米波贴片天线和工作在Ｋａ波段的缝隙天线分别如图１－??１２（ａ）和（ｂ）所示。虽然这些天线显示了良好的匹配带宽以及较宽的扫描角度，??但是天线只能实现在（Ｅ面或者Ｈ面）一个面上进行波束扫描。基于ＳＩＷ?Ｂｕｔｌｅｒ??矩阵的二维波束扫描天线如图１－１３所示。通过在天线的Ｅ面和Ｈ面分别使??用４ｘ４?ＳＩＷ?Ｂｕｔｌｅｒ馈电网络，天线可以实现１６个波束，从而在二维平
【参考文献】：
期刊论文
[1]毫米波无线通信发展趋势及技术挑战[J]. 何世文,黄永明,王海明,洪伟. 电信科学. 2017(06)
[2]面向5G的毫米波技术应用研究[J]. 张长青. 邮电设计技术. 2016(06)
[3]第五代移动通信技术及发展趋势[J]. 程泽,陈金鹰,李彪. 通信与信息技术. 2016(01)
[4]5G蜂窝网络架构分析[J]. 杨峰义,张建敏,谢伟良,王敏,王海宁. 电信科学. 2015(05)
[5]浅谈第四代移动通信技术的关键[J]. 赵新建. 信息通信. 2013(02)
博士论文
[1]面向新一代移动通信系统的多模MIMO天线设计方法研究[D]. 彭彪.北京邮电大学 2017
[2]W波段高增益平面天线及阵列研究[D]. 操宝林.南京理工大学 2016
硕士论文
[1]共形全息人工阻抗表面天线的研究[D]. 张袁.电子科技大学 2015
[2]全息张量阻抗调制表面天线研究[D]. 龙宇.电子科技大学 2015
本文编号：3550772
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－４．侧射双极化准八木天线【３５］
?北京邮电大学工学博士论文???盖范围则由波束的数量来决定。多波束天线的评估指标主要包括扫描角度，增益，??副瓣电平，带宽，端口隔离度以及天线的效率等。多波束天线基本可以分为以下??几类：??叫?Ｋ?ｌｙ?令??，，ｆ?ｔ?－一＾?－ｔ—－??——ｖ—??一－－—??０￥Ｓ，?＾?＼?１?＂?????＾?????一?ｔｍｃｉｔａ＾．１?—?■??，?ｒ，．，?二工；－ｎｘｙｗｍ—：??＿ｌ?丨??（ａ）?（ｂ）??图１－５？三星公司提出的网格贴片天线［３６］。（ａ）?３ｄ视图。（ｂ）侧视图。??Ｈ－Ｐｏｌ．?Ａｎｔｅｎｎａ??图１－６．基于网格贴片天线的侧射相控阵天线［３６］。??Ｌｆｅｅｒ?１?Ｂａｓｅ?Ｓｔａｔｉｏｎ??Ｂａ５ｅ５ｉＫＬ?＂?愚??—?Ｉ??ｍ?＊?Ｕｓｅｒ??Ｕ？ｒ??ＵＭｆｒ?ｙｗ?＊??图１－７．多波束天线应用于基站通信中的场景［１５］。??１．基于反射面的多波束天线??基于反射面的多波束天线一般包含反射面与多个馈源。反射面可以是单??个的，如传统的抛物面天线［３９］，也可以是双反射面［４（）］，如卡塞格伦形式的天??线。馈源一般位于反射面的焦点处，通过调整不同馈源的开关，来控制不同??６??
?北京邮电大学工学博士论文???成的平面结构实现，同时透镜的输出辐射面可以直接接天线，也可以接传输??线，波导等。常见的这种透镜天线有Ｒｕｚｅ透镜＿和Ｒｏｔｍａｎ透镜［４７４９］等。图??１－１０所示为一种工作在Ｋａ频段的Ｒｏｔｍａｎ透镜，天线可以实现－２０度到２０度??的波束扫描以及１３．８ｄＢｉ的增益。??Ｄｕｍｍｙ?ｐｏｒｔｓ??ｆｉ?一??＇?－?Ｉ１！：??：｜?：＝＝＝???＂ｕｕｍｍｙ?ｐｏｒｔｓ??图１－１０．基于ＳＩＷ的Ｒｏｔｍａｎ透镜天线［４７］。??３．基于波束赋形馈电网络的多波束天线??与上述两类基于准光学原理实现多波束不同，基于波束赋形网络的多波??束天线利用在天线阵辐射面上的阵元的不同相位来实现不同波束的方向。到??目前为止，学者们己经提出了各式各样的波束赋形网络，但是最常用的当属??Ｂｕｔｌｅｒ矩阵＠５１１。Ｂｕｔｌｅｒ矩阵的网络示意图如图１－１１所示，它由固定相位的??移相器，交叉桥和９０度混合耦合器构成。在不同应用场景下可由不同的方??式，如微带线，槽线，波导，共面波导等实现。但是在毫米波频段，考虑到??低剖面，低损耗等因素，更多的是通过ＳＩＷ来实现。基于ＳＩＷ?Ｂｕｔｌｅｒ矩阵的??工作在Ｖ波段的毫米波贴片天线和工作在Ｋａ波段的缝隙天线分别如图１－??１２（ａ）和（ｂ）所示。虽然这些天线显示了良好的匹配带宽以及较宽的扫描角度，??但是天线只能实现在（Ｅ面或者Ｈ面）一个面上进行波束扫描。基于ＳＩＷ?Ｂｕｔｌｅｒ??矩阵的二维波束扫描天线如图１－１３所示。通过在天线的Ｅ面和Ｈ面分别使??用４ｘ４?ＳＩＷ?Ｂｕｔｌｅｒ馈电网络，天线可以实现１６个波束，从而在二维平
【参考文献】：
期刊论文
[1]毫米波无线通信发展趋势及技术挑战[J]. 何世文,黄永明,王海明,洪伟. 电信科学. 2017(06)
[2]面向5G的毫米波技术应用研究[J]. 张长青. 邮电设计技术. 2016(06)
[3]第五代移动通信技术及发展趋势[J]. 程泽,陈金鹰,李彪. 通信与信息技术. 2016(01)
[4]5G蜂窝网络架构分析[J]. 杨峰义,张建敏,谢伟良,王敏,王海宁. 电信科学. 2015(05)
[5]浅谈第四代移动通信技术的关键[J]. 赵新建. 信息通信. 2013(02)
博士论文
[1]面向新一代移动通信系统的多模MIMO天线设计方法研究[D]. 彭彪.北京邮电大学 2017
[2]W波段高增益平面天线及阵列研究[D]. 操宝林.南京理工大学 2016
硕士论文
[1]共形全息人工阻抗表面天线的研究[D]. 张袁.电子科技大学 2015
[2]全息张量阻抗调制表面天线研究[D]. 龙宇.电子科技大学 2015
本文编号：3550772
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