60GHz宽带天线设计及实现

摘要

随着时代的发展，现有的通信技术已经不能满足高速数据传输的要求。能够达到Gbps传输速率的短距无线通信技术已经成为了通信领域的重要研究方向。宽带天线在这种短距无线通信系统中起着关键性的作用。缝隙耦合微带天线由于其体积小，重量轻的优势，有着巨大的应用价值。作为60GHz射频收发机项目的一部分，本文针对射频收发机中不可或缺的宽带天线进行了研究和设计。
　　本文设计了一种应用在60GHz收发机中的宽带天线，使用PCB工艺实现。天线选用了缝隙耦合微带天线这种结构。这是因为首先这种结构的微带天线能够很容易地和有源电路进行集成，其次在馈电电路和贴片之间的接地板能够有效地避免馈电网络的干扰。在确定了天线的结构后，本文对天线的主要尺寸参数对天线的影响进行了分析，并且据此对天线的参数进行了优化从而得到了达到设计要求的天线阵元。在此基础上，使用该天线阵元设计了一个四元的天线阵列，并且为了增加相同阵元之间的隔离度对天线阵列进行了改良。最终绘制了天线的版图，实现了天线的制作，并对天线的各项参数进行测试，得到了达到预期的结果。
　　目前国外的很多基于60GHz短距无线通信的技术已经逐渐成熟并且已经开始进入市场，而我国这方面的研究还相对比较落后。因此这方面的研究对我国的毫米波无线通信方面的研究至关重要，而作为收发机中的重要模块，宽带天线有着非常重要的作用。由此可知本文的工作有着很大的现实意义和应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 60GHz短距无线通信的研究背景及其意义

1．1．1 60GHz短距无线通信的特点和优势

1．1．2 60GHz短距无线通信的发展现状

1．1．3 60GHz短距无线通信的应用方向

1．2 国内外宽带天线的研究现状和发展动态

1．3 本次设计使用的天线结构及性能指标

1．4 本文的主要内容和章节安排

第二章 天线的基本原理

2．1 天线发展历程

2．2 天线的基本原理

2．2．1 天线的辐射原理

2．2．2 天线的分类

2．3 天线的主要性能参数

2．3．1 方向图函数及方向图

2．3．2 天线的主瓣宽度、副瓣电平和前后比

2．3．3 天线的方向性系数、效率和增益

2．3．4 天线的输入阻抗

2．3．5 天线的带宽

2．3．6 天线的极化

2．3．7 天线的等效噪声温度

2．4 微带天线的基本理论

2．4．1 微带天线的辐射原理

2．4．2 微带天线的分类

2．4．3 微带天线的馈电

2．4．4 微带天线的分析方法

2．5 天线阵列的基本理论

2．5．1 二元天线阵

2．5．2 N元均匀直线天线阵

2．5．3 平面阵列天线

2．5．4 阵列天线之间的互耦

2．5．5 阵列天线的馈电方法

2．6 本章小结

第三章 天线阵元的设计

3．1 阵元结构的确定

3．2 原始尺寸的设计

3．2．1 介质板的选择

3．2．2 天线贴片的参数设计

3．2．3 缝隙的设计

3．2．4 反射层的设计

3．2．5 馈电的设计

3．2．6 天线的初始参数

3．3 天线各个参数的优化

3．4 天线仿真结果分析

3．5 天线测试方案

3．5．1 天线巴伦的设计

3．5．2 连接巴伦的天线测试结果

3．6 本章小结

第四章 天线阵列的设计

4．1 天线阵的设计

4．1．1 阵列结构的确定

4．1．2 天线阵元间距的确定

4．2 天线的建模和仿真

4．2．1 天线阵的回波损耗

4．2．2 天线阵的增益

4．2．3 天线的效率

4．3 天线隔离度优化

4．4 天线仿真结果分析

4．5 本章小结

第五章 版图设计及天线测试

5．1 天线的版图设计

5．2 天线实物的测量和分析

5．2．1 天线实物

5．2．2 回波损耗和隔离度的测量

5．2．3 天线增益的测量

5．2．4 天线方向图的测量

5．2．5 测量的结果总结

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文