本文關(guān)鍵詞：無線通信中新型天線及天線陣技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展,現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)對天線寬頻帶、小型化、高增益、易集成等性能提出了更高的要求。針對此背景,本論文面向復(fù)雜環(huán)境下超高頻(Ultra High Frequency, UHF)射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification, RFID)、毫米波通信及無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Networks, WLAN)系統(tǒng)的應(yīng)用中面臨的技術(shù)難題,首先提出了基于復(fù)雜環(huán)境下UHF RFID波束掃描天線陣設(shè)計方法。然后基于微機械工藝提出了低損耗的矩形微同軸傳輸線及寬帶、高效的天線陣設(shè)計方法。最后提出小型化人工磁材料(Artificial Magnetic Conductor, AMC)結(jié)構(gòu)的太赫茲天線和寬帶頻率選擇表面(Frequency Selective Surfaces, FSS)結(jié)構(gòu)的5G高增益天線設(shè)計方法。論文研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 1.復(fù)雜環(huán)境下UHF RFID波束掃描天線陣研究 提出的波束掃描讀寫器天線陣是解決金屬腔環(huán)境下UHF RFID系統(tǒng)讀取空洞的有效方法。同時設(shè)計了三款波束掃描天線陣。第一款為相控波束掃描天線陣,采用butler矩陣作為饋電網(wǎng)絡(luò),提供對不同天線單元的相位控制,以達到波束掃描功能。第二款為輪詢波束掃描天線陣,采用開關(guān)對每個天線單元進行饋電,通過各單元之間的寄生達到波束掃描的效果。第三款對輪詢波束掃描天線單元進行倒置放置,通過改變單元之間的寄生特性達到提高天線帶寬和增益的效果。本論文對設(shè)計的三款波束掃描天線的讀取性能進行了測試,三款天線分別在輸入功率為18dBm、16dBm口14dBm時,達到100%讀取率。 2.基于微機械工藝的高效60GHz天線陣研究 首先提出了基于微機械工藝的矩形微同軸傳輸線結(jié)構(gòu),該傳輸線采用SU8支撐同軸線內(nèi)徑,形成鏤空結(jié)構(gòu),降低毫米波傳輸線的損耗。該傳輸線在80GHz時損耗小于0.045dB/mm,且能兼容CMOS工藝。然后基于矩形微同軸傳輸線的多層工藝,設(shè)計兩款60GHz天線陣。第一款天線采用階梯耦合饋電,以達到寬帶效應(yīng)。該天線陣工作帶寬為8.5GHz (57.8～66.3GHz)。在61GHz中心頻率,天線增益為13.2dBi,效率達到90%。第二款天線陣采用E型貼片以獲得寬帶圓極化。該天線軸比帶寬為11.1%(58.6～65.5GHZ)。在61GHz中心頻率,天線增益為13.3dBi,效率為90%。 3.基于FSS加載的雙極化WLAN天線研究 提出了寬帶FSS結(jié)構(gòu)。通過對圓形貼片的FSS結(jié)構(gòu)進行矩形開槽,形成寬帶FSS。該寬帶FSS結(jié)構(gòu)在4-6.5GHz頻率范圍內(nèi)反射相位為-155°～-173°,比未開槽時更加平滑。然后將寬帶FSS結(jié)構(gòu)加載在雙極化天線中,提高天線的帶寬和增益。加載后的雙極化天線工作帶寬為1GHz (5-6GHz),增益為13dBi。相比未加載時,天線帶寬提高400MHz,增益提高5.6dBi。 4.基于小型化AMC加載的高效、寬帶太赫茲天線研究 提出了小型化AMC結(jié)構(gòu),以提高太赫茲天線的增益和效率。該設(shè)計面向的是基于CMOS工藝太赫茲天線設(shè)計中帶寬窄和效率低等問題。提出了雙層偶極子太赫茲天線,以提高天線帶寬。該太赫茲天線帶寬為51GHz(200～251GHz)。在220GHz頻率,天線增益為0.7dBi,方向圖向下,效率為20%。然后提出了切半AMC結(jié)構(gòu),實現(xiàn)AMC小型化。最后將小型化AMC加載于設(shè)計的太赫茲天線上,提高天線帶寬和增益。該太赫茲天線帶寬為66GHz(200-266GHz)。在220GHz頻率,天線增益為0dBi,方向圖向上,效率為32%。
【關(guān)鍵詞】：RFID 波束掃描 60GHz 矩形微同軸傳輸線 AMC FSS
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN92
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-26
• 1.1 研究背景及意義10-13
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13-23
• 1.2.1 復(fù)雜環(huán)境下UHF RFID讀寫器天線技術(shù)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 60GHz天線研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.3 太赫茲天線研究現(xiàn)狀19-22
• 1.2.4 頻率選擇表面研究現(xiàn)狀22-23
• 1.3 論文的主要工作內(nèi)容23-25
• 1.4 論文創(chuàng)新點25-26
• 第二章 復(fù)雜環(huán)境下UHF RFID波束掃描天線陣技術(shù)研究26-48
• 2.1 引言26-27
• 2.2 小型化雙短路倒F天線單元設(shè)計27-30
• 2.3 相控雙面波束掃描讀寫器天線陣研究30-39
• 2.3.1 相控天線陣設(shè)計30-32
• 2.3.2 Bulter矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計32-34
• 2.3.3 一分三功分器設(shè)計34-36
• 2.3.4 波束掃描性能及讀取性能測試與分析36-39
• 2.4 輪詢波束掃描讀寫器天線陣研究39-42
• 2.4.1 輪詢天線陣設(shè)計39-41
• 2.4.2 波束掃描性能及讀取性能測試與分析41-42
• 2.5 倒置輪詢波束掃描讀寫器天線陣研究42-46
• 2.5.1 倒置輪詢天線陣設(shè)計42-44
• 2.5.2 波束掃描性能及讀取性能測試與分析44-46
• 2.6 本章小結(jié)46-48
• 第三章 基于微機械工藝高效60GHZ天線陣研究48-70
• 3.1 引言48
• 3.2 60GHz矩形微同軸傳輸線研究48-54
• 3.3 高效、寬帶背腔貼片60GHz天線陣研究54-60
• 3.3.1 高效、寬帶背腔貼片60GHz單元設(shè)計54-57
• 3.3.2 基于矩形微同軸傳輸線的一分四功分器設(shè)計57-58
• 3.3.3 高效、寬帶背腔貼片天線陣設(shè)計及性能分析58-60
• 3.4 寬帶E型圓極化60GHz天線陣研究60-67
• 3.4.1 60GHz E型圓極化貼片單元設(shè)計61-64
• 3.4.2 基于矩形微同軸傳輸線的一分四功分器設(shè)計64-65
• 3.4.3 寬帶E型圓極化60GHz天線陣設(shè)計及性能分析65-67
• 3.5 本章小結(jié)67-70
• 第四章 寬帶FSS加載的高增益、雙極化F-P天線研究70-84
• 4.1 引言70
• 4.2 F-P天線模型分析70-71
• 4.3 寬帶頻率選擇表面研究71-75
• 4.4 FSS加載雙極化天線研究75-79
• 4.5 FSS加載對天線影響研究79-82
• 4.6 本章小結(jié)82-84
• 第五章 小型化AMC加載高效、寬帶太赫茲天線研究84-98
• 5.1 引言84
• 5.2 AMC結(jié)構(gòu)研究84-88
• 5.3 小型化AMC結(jié)構(gòu)研究88-90
• 5.4 太赫茲天線設(shè)計90-93
• 5.5 加載小型化AMC太赫茲天線設(shè)計及性能分析93-96
• 5.6 本章小結(jié)96-98
• 第六章 總結(jié)與展望98-101
• 6.1 本文的主要研究工作總結(jié)98-99
• 6.2 研究展望99-101
• 參考文獻101-112
• 致謝112-113
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄113
• 攻讀博士學(xué)位期間申請的國家專利113

【參考文獻】

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本文編號：337534