60GHz平面MIMO天线的研究

摘要

近年来，随着手持设备性能的不断发展，消费者对于数据传输有了越来越高的需求。而60GHz无线通信频段由于其高达Gbps的数据传输速率而逐渐吸引了研究者们的重视，以满足人们对于高数据传输的要求。同时，60GHz无线通信还具有较高的安全性，作为室内信号传输能做到很好的保密性。因此，各国纷纷制定了用于60GHz无线通信的802.1ad标准，对于60GHz无线通信的研究也成为热点。
　　然而，60GHz频段无线通信存在明显的瓶颈，首先，60GHz频段电磁波处于大气的吸收峰值，导致信号传输具有很大的衰减，室内的一些障碍物包括墙体、玻璃等甚至人体都对信号有一定的损耗。其次，信号传输中存在多径衰落效应，这些缺陷对信号实现较远距离的传输是比较大的阻碍。MIMO（multiple-input multiple-output）技术可以获得分集增益，有效地提高信道容量和信噪比，同时也是对抗多径衰落的有效手段，因而将MIMO技术和60GHz通信结合起来，对于克服该频段的缺陷，实现信号的较远传输是十分有利的。而天线作为信号的收发部分自然成为了60GHz频段的研究热点之一，设计工作于60GHz的MIMO天线也是一个重要的研究方向，但这一方面的研究还比较缺乏甚至处于空白，所以本课题选择这一研究方向。
　　本论文的主要工作包括：
　　1、设计并实现了两款60GHz频段的微带天线，一款天线采取修改的U型辐射贴片设计，测试结果表明，天线的带宽为58.4GHz到63.2GHz，满足60GHz无线通信的要求，同时对本论文中频率响应、方向图的测试方法与步骤进行了详细地介绍和说明；第二款天线是2?2微带阵列天线的设计，首先分析并设计了馈电网络，测试结果表明，天线的工作频率为57.7GHz到62.3GHz，同时测得天线的最大峰值增益可到18dBi。
　　2、设计并实现了三款不同分集方式的60GHz MIMO天线，第一款具有双极化分集特性，辐射贴片形状为三角形单极子天线，采取共面波导馈电方式，通过在45°方向引入矩形枝节，有效地减少端口间的隔离度，该天线可以工作在54.7GHz到63.1GHz，同时该频段内端口之间的隔离度大于15dB；第二款天线具有角度分集特性，天线采用双枝节结构，可以较好地实现阻抗匹配和方向图分集，同时对第二枝节修改成折叠式可以有效地减少端口之间的耦合，并通过地板层开L型的槽，进一步提升了端口的隔离度，天线的工作带宽为56.5GHz~63.4GHz，整个工作频段内端口隔离度大于20dB，并且方向图很好地实现了角度分集的特性；第三款天线为22的微带阵列MIMO天线，首先对馈电二等分功分器和馈电网络进行了仿真和优化，得到了等幅输出的馈电网络，组成的22阵列MIMO天线的工作频段为56.6GHz~62.8GHz，端口之间的隔离度大于15dB，最后测得天线在60GHz的峰值增益为17.598dBi。

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第一章 绪论

1.1 60GHz短距离通信的背景和优势

1.2 MIMO技术的发展与优势

1.3 60GHz天线的研究现状

1.4 本文的主要工作和意义

1.5 本学位论文的组织结构

第二章 平面MIMO天线设计的基本理论

2.1 基本参数

2.2 60GHz MIMO天线设计的基本要求

2.3 天线的数值分析方法

2.4 MIMO天线的分集方式

2.5 本章小结

第三章 60GHz短距离通信平面天线设计

3.1 微带天线宽带技术

3.2用于 60GHz短距离通信的平面印刷天线设计

3.3 60GHz微带阵列天线的设计

3.4 本章小结

第四章 具有MIMO特性的60GHz平面天线设计

4.1 60GHz双极化分集天线设计

4.2 60GHz角度分集天线的设计

4.3 60GHz阵列MIMO天线的设计

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本论文的主要工作和创新

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果