基于ISGW的5G毫米波圆极化天线研究

来源 :李永杰 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenzhong1983
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5G通信迅猛发展,研究基于圆极化(CP)技术的基站天线设计对于日后基站建设发展有巨大的促进作用。目前提出的圆极化天线有损耗大、增益低、带宽窄、剖面过高、隔离差,以及未组成阵列的天线的功率容量较小等缺点。集成基片间隙波导(ISGW)这一极具创新性的波导结构结合其他技术可以提升基站天线的性能。基于ISGW结构来研究如何让圆极化天线得到最大程度的性能提升是本论文的主要研究目的,工作展开为下面几点:(1)增益是天线的重要特性,但是有较多的天线增益这一性能不足以满足当前基站设计的需求。针对天线增益不高这一问题,本文提出了基于ISGW的5G圆极化F-b天线,此天线具有高的增益。在3层ISGW上方放置切角的矩形的金属贴片,得到两个简并模,从而辐射出圆极化电磁波。通过在圆极化天线上方加入部分反射面,形成F-b谐振腔,使得增益提高、匹配改善。仿真结果可得:此天线工作频段从23.84到27.72 GHz,最大增益约为12.63 d Bic,相对工作带宽(|S11|<-10分贝)约为17.3%。(2)上述的圆极化天线虽有很高的增益但其带宽还是较窄,不具有宽带天线具有高的频谱的利用效率、功率损耗低等特点。针对上述问题,设计了一款基于ISGW的宽带圆极化天线,带宽的拓展是通过在矩形缝隙上方添加寄生十字贴片实现的。仿真结果可得:此天线工作频段从23.4到30.2 GHz,相对回波损耗带宽(|S11|)为32.5%,最大增益为7.1 d Bic。(3)由于频带宽度和增益均为天线的重要性能,并提高隔离度,为达到这些指标提出并设计了基于ISGW的1×2 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)圆极化天线。把圆极化、MIMO天线理论作为基本原理,结合本章设计的1×2 MIMO圆极化天线的电流图、电场图、方向图以及相关参数(如:S参数、增益(Gain)、轴比带宽(Axis Ratio bandwidth,AR)、包络相关系数(ECC)),通过分析以上参数可知:此天线工作频段从23.92到31.61 GHz,有9.2%的3分贝AR带宽,最大增益为8.69 d Bic,相对回波损耗带宽为29.6%,通过加工、测试对比可知天线性能稳定,具有运用价值。通过比对近年来已经发表的相关文献,可以发现本文结构更加适用于当前大力发展的5G毫米波频段。
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