集成滤波功能的毫米波天线单元及相控阵列研究
这是一篇关于滤波天线,毫米波天线,超表面天线,相控阵,特征模的论文, 主要内容为目前,第五代移动通信(5G)技术已经成为全球热点,对通信系统的小型化、低功耗、多功能等方面提出了新的挑战。射频前端系统作为通信系统中必不可少的组成部分,其性能的提高对整个系统具有重要意义。在一般的设计中,射频前端系统中的滤波器和天线通常是分立设计后直接级联,这大大增加了射频前端的尺寸和复杂性,带来了额外的插入损耗。尤其在毫米波频段,滤波器Q值太低无法和芯片集成,单独封装也面临与天线、芯片多次互连导致损耗较大的问题。此外,5G系统与2G/3G/4G系统并存是目前主流,但由于基站站址空间有限,不同频段天线之间距离较近,导致严重的异频互扰问题。滤波天线作为能够同时实现滤波和辐射两种功能的无源器件,为射频前端系统的优化设计和多频段通信系统的异频互扰问题提供了新的解决方案。本文针对毫米波天线单元的集成滤波方法及其相控阵列开展了深入的研究工作,分别提出三款新型的毫米波滤波天线单元,在保证天线辐射性能的同时实现了较好的滤波性能。在此基础上,研制了两款集成滤波功能的毫米波相控阵列,实现了宽角扫描性能。主要创新工作如下:1.基于超表面的±45°双极化毫米波滤波天线研究。通过超表面的特征模分析,提出毫米波超表面天线单元的新型植入式滤波方法,即利用超表面结构的带外模式引入上阻带零点,在超表面单元下方植入寄生金属接地枝节引入下阻带零点。通过调整超表面与馈电缝隙的排布形式,分别实现高带外抑制(30d B)、宽阻带抑制(上阻带至58GHz)的两款±45°双极化毫米波超表面滤波天线单元。由于利用了超表面自身的多谐振模式特性,没有引入额外的滤波结构,并且寄生结构位于天线内部,不占用多余的空间,天线能够在高集成、低功耗的结构下实现较好的滤波性能。2.面向5G应用的±45°双极化毫米波滤波相控阵列研究。为满足5G毫米波通信系统的杂波抑制需求,将提出的宽阻带抑制超表面滤波天线单元进行小型化设计,单元尺寸缩减至0.33λ0,用于设计具有滤波性能的毫米波宽角扫描相控阵天线。阵列不仅可以在24.25GHz-29.5GHz内实现±46°波束扫描性能,还能在扫描的同时保持稳定的滤波性能。下阻带抑制水平为16d B,上阻带抑制水平为14.5d B,且上阻带可抑制到40GHz。3.面向无线输能的高选择性毫米波滤波天线及相控阵列研究。针对毫米波无线输能的应用需求,提出一款高选择性高抑制的滤波天线单元。采用缝隙耦合馈电的贴片天线,通过增加寄生贴片、开口环型缝隙、接地柱,以及短路枝节,从而在工作频带外引入多个零点,实现了高带外抑制水平。同时,通过建立等效传输线电路模型分析了滤波天线单元的工作原理。采用LTCC封装工艺,将该单元进行4×4阵列扩展,实现了宽角扫描的滤波天线阵列。阵列不仅具有高抑制的滤波性能:上下阻带抑制水平均高于23d B,上阻带可抑制到35GHz,还能够实现-58°～+60°的波束扫描。带内辐射效率高于75%,带外辐射效率低于7%。
高性能介质谐振器滤波天线研究与设计
这是一篇关于滤波天线,介质谐振器天线,高增益,宽带,辐射零点的论文, 主要内容为随着技术的进步,无线通信系统中的器件朝着体积更小、集成度更高以及功能更多样化方向发展。天线和滤波器是其中关键的两个器件,它们直接关系到无线信号传输和接收质量。在早期设计中,天线和滤波器通常被视为两个单独的器件,分别独立设计后再连接起来,这样不仅不利于实现小型化还会产生额外的连接损耗。因此,提出在一个器件上同时实现辐射和滤波功能,将天线和滤波器进行一体化设计形成滤波天线,能够迎合小型化设计趋势以及避免连接损耗。介质谐振器天线具有设计灵活度高、损耗低、辐射效率高和工作模式丰富的特点,若基于介质谐振器设计滤波天线,则能够充分利用上述的这些优势,实现优良的性能。本文设计了三款性能优良的介质谐振器滤波天线,主要研究内容总结如下:1.基于微带-缝隙耦合馈电设计了一款天线。通过在微带馈电线上加入一对横向枝节以及在地板上刻蚀两条缝隙,分别在通带左右两侧各引入一个辐射零点,实现滤波功能。由于介质谐振器的高次模式TE1δ3y模被激励起来,通带内的峰值增益可以达到9.4d Bi,平均增益约为9d Bi,相对于典型单一矩形介质谐振器天线的增益而言得到了提高,阻抗带宽为16%(6.04-7.06GHz),并对设计的此款天线制作实物并测试,测试结果与仿真结果一致。2.基于微带线直接耦合馈电设计了一款天线。微带线和介质谐振器在x轴方向上齐长,在通带左侧实现一个辐射零点,进一步地将介质谐振器正下方微带线变形为与介质谐振器底部一样大的圆形贴片,在上面刻蚀两个半径不一样大的环形缝隙,在通带右侧实现两个辐射零点,带外抑制超过17d B。通过堆叠两个介电常数不一样的介质谐振器激励起高次模,通带内峰值增益可达9.2d Bi,阻抗带宽为20.3%(2.88-3.53GHz)。3.基于同轴探针馈电设计了一款天线。在地板上刻蚀两个开口环形缝隙,缝隙两侧电流方向相反,远场辐射抵消,从而分别在通带两侧各产生一个辐射零点,实现滤波功能。在通带内激励起来了三个谐振模式,天线的-10d B阻抗带宽为52.2%(2.83-4.82GHz),1d B增益带宽为50.9%(2.87GHz-4.83GHz),带宽表现优良,通带内平均增益为5.5d Bi。制作天线实物并进行测试,结果表明仿真和测试结果吻合良好。
基于辐射零点独立可控的滤波天线技术研究
这是一篇关于滤波天线,多辐射零点独立可控,小型化,宽带,高带外抑制,实验验证的论文, 主要内容为天线作为通信系统中发射或接收信号不可或缺的射频前端,在移动数据迅速增长的5G时代承载着高效、精准和敏捷传输信息的重要使命,但随着多频段不同标准通信系统中射频器件的不断增加,天线的口径面积受到了越来越高的限制,而复杂的通信环境又对不同频段的信息传输造成越来越严重的干扰,因此高速高质量通信的急迫需求和系统资源的严重匮乏之间的矛盾日趋突显,已成为当前射频前沿技术亟需重点研究的热点和解决的难点。为了解决以上突出的矛盾和困难,本文针对滤波天线集成设计的思想和方法。即把天线和滤波器集成为一个综合的滤波天线(Filtering Antenna,FA)嵌入式模块,进一步开展微波无源器件与天线一体化小型化集成设计和应用研究,通过微波滤波天线新概念技术研究,逐步迭代,实现高速高质量的灵巧型通信系统的研究和发展目标。本文对滤波天线新概念技术开展了深入地研究和分析,创造性地提出了基于辐射零点独立可控的滤波天线拓扑结构、设计方法,给出了该滤波天线的典型优化尺寸和性能指标,并完成了实验验证,证明了该设计方法的正确性、有效性和实用性。本论文的主要研究内容和创新点如下:1.提出并创建了双分割形槽结构辐射零点独立可控的紧凑型滤波贴片天线的设计方法和拓扑结构,实现了双零点独立可调可控的滤波天线。研究了微带贴片天线的辐射原理,利用提取极点技术,在贴片表面融合双带阻谐振结构的分割形槽形成微带滤波天线结构,无需加载额外的滤波电路结构,实现了小型化的设计需求。利用LC等效电路模型分析带阻结构的谐振特性,通过调节谐振频率完成对辐射零点的独立控制。与其他微带滤波天线进行对比,具有紧凑性以及优异带外抑制特性的优势,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。2.提出并创建了谐振和耦合双结构辐射零点独立可控的宽带滤波贴片天线的设计方法和拓扑结构,显著地提高了滤波天线的设计带宽,实现了双零点独立可调可控的独特性能。首先提出F型馈电结构,优化了微带天线的特性阻抗,使天线的带宽增加了一倍,突破了传统微带天线两个辐射缝之间传输特性阻抗较低导致天线带宽较窄的难题。采用极点提取和交叉耦合复用技术,引入谐振带阻结构、多路径源与负载的耦合结构形成双结构特性,获得带外辐射零点。通过分析等效电路的谐振特性、调节交叉耦合水平,可对辐射零点进行独立地调整和控制。制作完成了一款兼具宽带、小型化以及高带外抑制水平的微带贴片滤波天线,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。3.提出并创建了双腔结构辐射零点独立可控的SIW背腔式滤波天线的设计方法和拓扑结构,实现了三零点独立可调可控的滤波天线。提出了单层双腔结构SIW背腔式滤波天线,双腔体的多模特性扩展了阻抗带宽,同时利用双腔体之间的交叉耦合构造了辐射零点。采用极点和电流分析结合技术,引入谐振带阻结构、激励SIW的不同模式优化通带的选择性,形成了较宽范围的阻带抑制。通过调节谐振模式、交叉耦合水平实现对辐射零点逐个独立控制。研制完成了一款具有宽阻带抑制、小型化的宽带SIW滤波天线,并通过实验验证了该结构的可行性和设计方法的正确性。
集成滤波功能的毫米波天线单元及相控阵列研究
这是一篇关于滤波天线,毫米波天线,超表面天线,相控阵,特征模的论文, 主要内容为目前,第五代移动通信(5G)技术已经成为全球热点,对通信系统的小型化、低功耗、多功能等方面提出了新的挑战。射频前端系统作为通信系统中必不可少的组成部分,其性能的提高对整个系统具有重要意义。在一般的设计中,射频前端系统中的滤波器和天线通常是分立设计后直接级联,这大大增加了射频前端的尺寸和复杂性,带来了额外的插入损耗。尤其在毫米波频段,滤波器Q值太低无法和芯片集成,单独封装也面临与天线、芯片多次互连导致损耗较大的问题。此外,5G系统与2G/3G/4G系统并存是目前主流,但由于基站站址空间有限,不同频段天线之间距离较近,导致严重的异频互扰问题。滤波天线作为能够同时实现滤波和辐射两种功能的无源器件,为射频前端系统的优化设计和多频段通信系统的异频互扰问题提供了新的解决方案。本文针对毫米波天线单元的集成滤波方法及其相控阵列开展了深入的研究工作,分别提出三款新型的毫米波滤波天线单元,在保证天线辐射性能的同时实现了较好的滤波性能。在此基础上,研制了两款集成滤波功能的毫米波相控阵列,实现了宽角扫描性能。主要创新工作如下:1.基于超表面的±45°双极化毫米波滤波天线研究。通过超表面的特征模分析,提出毫米波超表面天线单元的新型植入式滤波方法,即利用超表面结构的带外模式引入上阻带零点,在超表面单元下方植入寄生金属接地枝节引入下阻带零点。通过调整超表面与馈电缝隙的排布形式,分别实现高带外抑制(30d B)、宽阻带抑制(上阻带至58GHz)的两款±45°双极化毫米波超表面滤波天线单元。由于利用了超表面自身的多谐振模式特性,没有引入额外的滤波结构,并且寄生结构位于天线内部,不占用多余的空间,天线能够在高集成、低功耗的结构下实现较好的滤波性能。2.面向5G应用的±45°双极化毫米波滤波相控阵列研究。为满足5G毫米波通信系统的杂波抑制需求,将提出的宽阻带抑制超表面滤波天线单元进行小型化设计,单元尺寸缩减至0.33λ0,用于设计具有滤波性能的毫米波宽角扫描相控阵天线。阵列不仅可以在24.25GHz-29.5GHz内实现±46°波束扫描性能,还能在扫描的同时保持稳定的滤波性能。下阻带抑制水平为16d B,上阻带抑制水平为14.5d B,且上阻带可抑制到40GHz。3.面向无线输能的高选择性毫米波滤波天线及相控阵列研究。针对毫米波无线输能的应用需求,提出一款高选择性高抑制的滤波天线单元。采用缝隙耦合馈电的贴片天线,通过增加寄生贴片、开口环型缝隙、接地柱,以及短路枝节,从而在工作频带外引入多个零点,实现了高带外抑制水平。同时,通过建立等效传输线电路模型分析了滤波天线单元的工作原理。采用LTCC封装工艺,将该单元进行4×4阵列扩展,实现了宽角扫描的滤波天线阵列。阵列不仅具有高抑制的滤波性能:上下阻带抑制水平均高于23d B,上阻带可抑制到35GHz,还能够实现-58°～+60°的波束扫描。带内辐射效率高于75%,带外辐射效率低于7%。
相位中心稳定的导航天线的设计
这是一篇关于卫星导航天线,相位中心稳定,微带天线,滤波天线,分形结构的论文, 主要内容为随着科技的不断进步以及对于无线通信应用需求的不断提升,卫星导航定位在多个领域占据着重要的地位。目前有美国的全球卫星定位系统(GPS)、中国的北斗卫星定位系统、欧洲的伽利略系统GALLILEO以及俄罗斯的GLONASS四种卫星定位系统。导航天线的阻抗带宽、轴比带宽、波束宽度及相位中心的稳定性等指标直接影响着导航设备定位的效果。同时,便携式导航设备要求天线具备小型化、宽频带、高增益等特点。因此,研发满足多方需求的全球导航卫星系统(GNSS)天线具有重要意义。本文依据GNSS导航定位天线的要求进行了相应的研究和设计。首先,研究了天线设计的基本指标及圆极化的实现方式,从宽频带、宽波束及小型化三个方面对天线性能优化方法进行了详细的陈述。之后,介绍了分形的基本知识,依据以往研究经验提出可结合分形结构来改善天线性能的设计方案,同时给出了天线相位中心的基本概念和确定方式。依托于理论基础及实际应用需求,设计了三款导航天线和一款滤波天线。由于微带天线更易实现小型化,本文所有天线设计方案均以微带天线为基础进行设计。为了在保证天线性能的条件下尽可能实现天线的小型化,导航天线的设计中引入了分形结构的使用。同时,三款导航天线在结构上均具有高度的对称性,可保证天线具有稳定的相位中心。首先设计了两款单频导航天线,中心频率分别为1.561GHz和1.575GHz,3d B轴比带宽、阻抗带宽以及增益均满足要求,且相位中心稳定。依据实际应用中需要多个导航系统协同工作的需求,进一步设计了一款双频导航天线,拥有稳定的相位中心和包含两个工作频点的轴比及阻抗带宽。与此同时,还进行了滤波天线的设计,以期能更好地提高导航天线的抗干扰性。由于时间关系,目前仅进行了该种类型天线的初步设计,还没有将天线的工作频段调整到导航频段内。初步设计的滤波天线为工作在5.1GHz频点的窄带滤波天线,可应用于室内无线通信系统。该天线具有良好的频率选择性,通带内增益平稳,尺寸较小。该天线的研究对未来设计具有抗干扰特性的导航天线提供了初步的设计思想。使用Ansoft HFSS 15.0对所设计的天线进行了仿真验证。四款天线均制作了实物并测试以证实其实际工作性能。天线的测试与仿真结果吻合,性能良好,具有重要的实际应用价值。
本文内容包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主题。发布者：源码工厂 ，原文地址：https://bishedaima.com/lunwen/55230.html
