毫米波短距无线通信系统集成天线的研究

摘要

近年来，随着无线通信技术的迅速发展，毫米波短距无线通信受到人们越来越多的关注。2010年中国提出了“超高速近远程无线传输标准(Q-LINKPAN)”通信标准，2012年被IEEE802.11工作组确立为802.11aj(45GHz)标准。中国工业和信息化部在2013年分配频谱40.5～50.2GHz作为Q-LINKPAN标准使用频段，其中5.9GHz带宽(42.3～47GHz，47.2～48.4GHz)用于个域网(PAN)，3.6GHz带宽(40.5～42.3GHz，48.4～50.2GHz)用于点对点通信(LINK)。本文围绕毫米波短距无线通信集成天线这一主题，基于基片集成波导技术和标准PCB工艺，分别深入研究了带反射背板夹角偶极子宽波束天线、宽波束集成滤波天线、宽波束MIMO天线和带双侧引向器夹角偶极子平面宽波束天线等，提出了相应的参数分析和设计方法，并完成实验验证。论文主要工作如下: 1)设计了带反射背板夹角偶极子宽波束天线，实现了在天线主切面内3dB波束宽度可达120°的室内接入天线。文中详细阐述了天线的设计原理、仿真模型和测试结果，测试结果和仿真结果的良好吻合验证了设计方法的正确性，所提出的天线能够满足毫米波超高速接入室内覆盖的需求。 2)设计了5阶基片集成波导感性窗滤波器和相应的宽波束集成滤波天线。文中详细阐述了滤波器和集成滤波天线设计原理、仿真模型。测试结果表明集成滤波天线能够有效抑制带外杂散信号，显著改善了频率选择特性，同时其辐射特性和未集成滤波器的带反射背板夹角偶极子天线基本保持一致。 3）基于带反射背板夹角偶极子及其对应的集成滤波天线，研究并设计了4路宽波束MIMO天线及MIMO集成滤波天线。测试结果表明，所设计天线中各单元的阻抗匹配特性、辐射特性与单独的带反射背板夹角偶极子天线基本吻合，并且具有较好的隔离特性。同时MIMO集成滤波天线还能够有效抑制带外信号，具有较好的频率选择特性。 4)基于八木天线的基本原理，提出了采用带双侧引向器夹角偶极子实现Q波段完全平面化的宽波束天线，并给出了相关参数的分析方法、仿真模型和实验结果。所设计天线能够实现在天线主切面内3dB波束宽度均大于120°的设计要求，并且波束稳定，同时具有小型化、完全平面化、易于集成等优点，可以方便地应用于Q波段毫米波短距高速无线通信。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 无线个域网发展简述

1．1．2 宽波束天线研究背景

1．1．3 基片集成波导研究背景

1．1．4 Q-LINKPAN集成滤波天线以及MIMO天线研究现状

1．2 本文的主要内容和结构安排

第二章 Q波段宽波束天线设计

2．1 Q波段宽波束天线的研究

2．1．1 带反射背板夹角偶极子天线的研究

2．1．2 馈电方式对带反射背板夹角偶极子天线性能的影响

2．2 带反射背板夹角偶极子天线的设计

2．2．1 带反射背板夹角偶极子天线设计总体要求

2．2．2 带反射背板夹角偶极子天线结构设计

2．2．3 带反射背板夹角偶极子天线馈电结构设计

2．3 带反射背板夹角偶极子天线性能测试结果及分析

2．4 本章总结

第三章 Q波段宽波束集成滤波天线设计

3．1 基片集成波导感性窗滤波器设计

3．1．1 基片集成波导感性窗滤波器设计流程

3．1．2 基片集成波导感性窗滤波器设计及馈电设计

3．1．3 基片集成波导感性窗滤波器测试结果及分析

3．2 基于带反射背板夹角偶极子的集成滤波天线设计

3．2．1 基于带反射背板夹角偶极子的集成滤波天线设计总体要求

3．2．2 基于带反射背板夹角偶极子的集成滤波天线结构设计

3．3 基于带反射背板夹角偶极子的集成滤波天线性能测试结果及分析

3．4 本章总结

第四章 Q波段宽波束MIMO天线设计

4．1 宽波束MIMO天线设计总体要求

4．2 宽波束MIMO天线设计

4．3 宽波束MIMO集成滤波天线设计总体要求

4．4 宽波束MIMO集成滤波天线设计

4．5 宽波束MIMO天线及MIMO集成滤波天线性能测试结果及分析

4．6 本章总结

第五章 Q波段平面宽波束天线设计

5．1 平面宽波束天线研究背景

5．1．1 带双侧引向器夹角偶极子天线的研究

5．1．2 馈电结构对带双侧引向器夹角偶极子天线性能的影响

5．2 带双侧引向器夹角偶极子天线设计

5．2．1 带双侧引向器夹角偶极子天线设计总体要求

5．2．2 带双侧引向器夹角偶极子天线结构设计

5．3 带双侧引向器夹角偶极子天线性能测试结果及分析

5．4 本章总结

第六章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 后续工作展望

致谢

参考文献

作者简介