712 浏览针对移动通信系统的毫米波测量技术研究
摘要：随着5G通信技术、无人驾驶技术、星联网技术的逐渐演进,对于毫米波频段的无线通信、雷达、遥感遥测等方面的应用需求越来越迫切,对该频段无线性能的评估也就显得愈发重要。无论是工作在5G毫米波频段的移动终端、CPE（Customer Premise Equipment,CPE）和物联网（Internet of Things,IOT）设备等,还是车载雷达以及卫星系统,均需要精准高效的空口（Over-the-Air,OTA）测试系统。作为检验5G终端天线收发性能的唯一有效手段,OTA测量的核心技术包括近场测量理论及算法、高性能探头天线及特种毫米波吸波材料,其中针对5G毫米波频段的高性能探头天线的需求尤为突出。通常,超宽带双极化喇叭天线由于定向性较好、功率容量大、损耗低等优点,是作为高频毫米波探头天线非常有竞争力的候选者。因此本文针对毫米波双极化喇叭天线展开了以下研究:1.毫米波宽带双脊喇叭天线研究。为了使喇叭天线具有更宽的工作带宽,通常在喇叭内加入脊结构,这类天线也被叫做加脊喇叭天线。所以在研究双极化四脊喇叭天线之前,首先针对双脊喇叭天线展开研究是有必要的。对双脊喇叭天线进行了解后发现,传统的双脊喇叭天线随着频率在宽频带内逐渐往高频扩展,天线口径面上电磁波的相位差逐渐变大,造成方向图主瓣分裂并伴随有增益下降。因此,本文改进了天线结构,通过在馈电波导内加入楔形结构和将H面喇叭侧壁进行替换的方法,有效地解决了方向图分裂的问题。所设计出的天线工作在18-54GHz频率区间内（VSWR<2）,完全覆盖5G NR FR2的频段,而且在整个频段内,增益波动较小,典型值在14d B左右,天线E面和H面3d B波束宽度随频率的变化比较稳定。在加工方面,综合考虑了加工精度、加工成本、装配难易度,最终提出了一套合理的加工和装配方案。经过对样机进行测试,实测的结果与仿真结果吻合度较高,证明这种设计和制作方案是可行且有效的,所提出的毫米波双脊喇叭天线可以作为测量系统的校准天线来使用。2.毫米波双极化四脊喇叭天线的研究。（a）基于对双脊喇叭天线的研究经验,在圆波导内引入两对相互正交放置的脊片,分别通过同轴馈线来激励,实现天线的双极化特性。仿真结果表明,天线在18-54GHz频率范围内,两个端口的反射系数基本小于-10d B,端口隔离度大于25d B,交叉极化隔离度大于20d B。但是在高频段,会出现方向图主瓣的最大辐射方向偏移轴向的情况。（b）对天线结构进行了改进。部分喇叭壁被采用,起到耗散在馈电波导中激励起的高次模的作用,进而减少了高次模对天线口径场的影响,最终改善了方向图性能。经过仿真,改进后的天线在保持住了良好的匹配特性的同时,还显著地改善了方向图偏移的问题,而且两端口的增益在整个频段内基本上一致。在加工时,采用了分块加工的理念,并且选择高精度的机加工方式,最终获得了精准度较高的实物样机。通过在暗室中测试,数据显示,实测结果与仿真结果吻合较好。（c）OTA近场测量系统研究。将设计的天线应用在一套毫米波球面近场测量系统中,分别作为系统校准天线和探头天线使用。并最终通过实测线极化和圆极化天线,对天线和系统性能进行了检验。数据表明,本文设计的天线具有良好的性能,可以满足测试系统的要求,配合系统完成对天线性能的测试。
关键词：加脊喇叭天线;毫米波测量技术
文章目录
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文的主要工作和内容安排
第二章 加脊喇叭天线的基本理论
2.1 喇叭天线概述
2.2 脊波导理论
2.2.1 脊波导的主模截止波长
2.2.2 脊波导的主模工作带宽
2.2.3 脊波导的特性阻抗
第三章 毫米波双脊喇叭天线的研究与设计
3.1 天线的设计思路
3.2 天线的基本结构
3.2.1 脊曲线的设计
3.2.2 馈电部分的设计
3.3 天线的仿真与改进
3.3.1 仿真结果与分析
3.3.2 改进设计
3.4 天线的加工与实测
3.4.1 加工
3.4.2 实测
3.5 本章小结
第四章 毫米波双极化四脊喇叭天线的设计
4.1 天线的设计思路
4.2 天线的基本结构
4.3 天线的仿真与改进
4.3.1 仿真结果与分析
4.3.2 改进设计
4.4 天线的加工与实测
4.4.1 加工
4.4.2 实测
4.5 本章小结
第五章 天线在近场测量系统中的应用
5.1 球面近场测量系统简述
5.2 喇叭天线在测量系统中的应用
5.2.1 DRHA用作校准天线
5.2.2 QRHA用作探头天线
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
[1]超宽带双脊喇叭天线的设计[J]. 翁呈祥,高玉良,许明,廖伟,蔺美青. 压电与声光. 2011(02)
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