文摘

在这个研究中,一本小说T形状的天线提出了毫米波(mmwave) 5 g系统。设计于5880年0.254毫米薄Roggers衬底介电常数为2.3和0.0009的损耗角正切,该天线提供了一个宽带的特点几乎8与增益为4.25 GHz dBi单一元素。基于这些特点,进一步构建成一个单一元素研制出线性排列紧凑的大小为18.5×24毫米²该天线阵表现出双光束辐射模式实现高的增益为11.5 dBi和94%的效率。制作原型的测量结果同意模拟的结果,因此,因此,使天线系统提出一个适合的候选人为未来mmwave设备。

1。介绍

环球电信系统的进化,5 g技术现在已经成为中心的利益因其更高的数据率的能力。更高的数据率直接相关的带宽;因此,无线电频率(RF)前端操作在毫米波频段的一部分,已引起研究者的重要关注。根据可行性报告,mmwave光谱是一种很有前途的候选人5 g服务提供高数据率和低延迟整个乐队(1]。几个频段分配给5 g标准包括28和38 GHz的最著名的乐队(O2)和164 - 200 GHz (H2O乐队)无照光谱(2,3]。更高的频谱是免费的应用程序相比,子6 GHz巨大压力的应用,mmwave光谱对以来大气衰减相当敏感,在mmwave波长变得非常小,这样的灵敏度可以改变的信号强度可以贬值5 g的经验。这些大气衰减部署可以克服的挑战和高增益天线的水平。天线阵列提供更高的增益和方向性的水平。意味着获得更高的天线总成,成为减轻大气条件影响和服务变得可靠4]。

不同研究mmwave光谱显示的局限性。天线系统的物理维度mmwave成为非常小;此外,波长变得衰落环境的关键。一个四个端口天线系统提出了(5与锥形环28 GHz mmwave应用程序)。天线元素是孤立的提供模式的多样性特征,但分布式天线系统的增益非常低。类似地,自然研制出MIMO天线(6)提供了模式和空间的多样性特征,但天线的带宽非常低。基片集成波导(SIW)是已知线损失可以忽略不计。SIW mmwave天线阵列进行了广泛的研究。在[7),14 dBi的SIW提供高增益天线阵。数组非常下部叶,提供良好的63×70毫米维度²,但通过议会提出研究很难组装在射频电路。一个mmwave天线阵覆盖57 - 71 GHz频段的高增益26 dBi提出了(8]。尽管天线的大小相对较小,即。,28.8×28.8毫米²,它在本质上是复杂的组装由于其多层结构和成键的电影。在[9),85%的效率高,研制出数组SIW提出有12 dBi的增益。尽管该天线的增益和带宽是满意的,不到1毫米,通过结构使报告文学中过于笨重。SIW相比,平面天线阵列是简单和容易的开发10- - - - - -12]。在[13),提出了一种研制出雪花天线阵。天线的增益与窄波束宽度近10 dBi未来mmwave设备。在[14),一个小3×3平面结构提出了(15小尺寸为400毫米²并获得高于15 dBi 28 GHz, 1.7 GHz的相对带宽提供的天线非常低。类似地,超宽带平面天线提供17个GHz带宽从23岁到40 GHz提出了15)获得高于10 dBi整个乐队感兴趣的;天线的大小是相当大的80×80毫米²与广泛的旁瓣水平。

在本文中,一个简单的T形状平面天线提出了嵌入在一个框架。该天线转化为研制出线性阵列为了增加该天线的增益。通过其狭窄的双光束宽度自然,良好的增益和效率,该天线可以称为未来射频mmwave设备的潜在候选人。

2。天线设计

提出天线元素设计在5880年超薄Roggers相对介电常数为2.3和0.254毫米的厚度。该设计如图1。图1(一)拟议的结构,显示了正面图1 (b)显示了提出的背面产生共鸣的结构。提出了设计的长度和宽度是10×12毫米。提出了设计的维度X= 8毫米,Y= 10毫米,C= 4.65毫米,GSX = 1.4毫米,GSY = 1.4毫米,FX = 0.9毫米,财政年度= 6毫米,T1 = 2毫米,T2 = 2毫米,年代1 = 3.15毫米,年代2 = 3.15毫米。

设计的主要目的是在中央28 GHz的频率产生共鸣,通过一系列步骤。图2显示了设计的反射系数反应进化。

第一阶段由给水管路在6毫米长度与上面的小扩展引入阶段2。水平带的顶部添加扩展在第二阶段,因此形成T形谐振器,但所需的响应没有实现。一个正方形框架周围的一个T形状就介绍了产生一个强大的浸在中央28 GHz频率与带宽从25.2到大约37 GHz,如图2。

2.1。参数化分析

的年代参数的响应提出了天线是通过参数研究进化的。图3显示不同的天线参数的参数研究细节。选择饲料的长度超过5毫米为了嵌入射频连接器。图中给出的参数研究3显示一个小的变化一个参数显著地改变了年代参数的响应。

在图3(一个),饲料长度对反射系数的影响。饲料的长度在0.2毫米的小间隔。可以看出,作为饲料的长度减少了反射系数响应大小的减少。长度在6毫米长度、提要展品大幅共振在所需的28个GHz的频率。同样,介绍了设计的地平面方形槽的上部分。广场地面槽的优化获得的价值是1.4毫米。现在,槽的长度和宽度与1毫米变化值在1.3到1.7范围,可以看出,随着方槽的尺寸增加,反射系数反应是向前移,提高了分贝的价值。

图3 (c)显示的参数响应的长度年代1。的长度年代1在转移中起着重要作用的共振的频率。可以看出这个参数,也增加价值,变化的响应频率较低的位置。同时,反射系数的值减少,因此显示阻抗失配的发生。最后,图3 (d)显示的共振响应参数年代2显示的宽度年代2影响天线的阻抗匹配,宽度减小,共振响应变得虚弱。

图4显示提出的天线的性能参数。提出了天线的总效率高于90%和97.5%在感兴趣的频率获得4和4.5 dBi之间不等。高性能参数表明该设计是高效的。

2.2。数组转换

提出的线性阵列天线转化为研制出更好的性能特征。因为5 g系统所需的窄波束宽度和增益高、天线阵列通常提供这样的特点。准备一个研制出数组使用研制饲料网络,如图5。四个元素数组的总尺寸是24×18.5毫米,在地平面的长度是12.85毫米。表面电流分布如图628 GHz,这表明辐射之间的电流分布的对称元素。

3所示。结果与讨论

该天线阵是使用LPFK机器制作的,使用矢量网络分析仪进行了测试。图7展示了制作天线原型前面和背面。

模拟和测量的反射系数反应研制天线阵图所示8。共振带宽的数组,虽然减少了30 25.5 GHz,测量反射系数的微小变化被观察到,可以归因于连接器,电缆损失,或人为错误,但系统的总体性能令人满意。

模拟和测量总效率和获得所需的乐队感兴趣的在图给出9。该天线的模拟和测量效率是88%以上在整个操作天线的频带。在拟议的单个元素的形成天线研制出数组,增益的增加是7 dBi实现。因此,在主谐振频率,增益值达到11.5 dBi, mmwave系统是非常可取的。

3.1。辐射模式

在本节中,提出了天线阵列的辐射模式在这两个原则φ= 90和φ= 0的飞机。图10 ()显示的φ= 90飞机可以看出提出天线与排除两个null是向各个方向辐射,而在φ= 0飞机,该天线阵列的波束宽度是高度指令仅20度。从φ= 0飞机在图10 (b),可以看出,该天线提供了双光束特征位于180度可证实了3 d图获得辐射模式11。模拟和测量辐射变化互相细微变化。测量增益为11.5 dBi和效率高,该天线阵可以作为一个潜在的候选人表示未来mmwave射频设备。表1显示该天线结构与文献发表。从表中可以看出,该天线是简单的平面结构,没有复杂的进给机构。天线的增益是更好,提出了天线的带宽是更好的覆盖所需的乐队与效率94%所需的频率。因此,可以得出结论,该天线具有良好的性能特征和紧凑的尺寸,因此可以称为未来mmwave射频前端的潜在候选人。

4所示。结论

在这篇文章中,一本小说T形状平面天线结构提出了mmwave 28 GHz的应用程序。提出天线的增益为4.25 dBi单一元素和效率大于97%,28个GHz。被提议的T形状天线研制出线性阵列方式转换和11.5 dBi实现高增益的辐射特性的两个狭窄的光束在180和0度。天线阵的总体规模18.5×24毫米和测量结果从制造原型同意模拟结果。由于有效的性能、功能和独特的设计,该天线可以被称为作为一个潜在的候选人为未来高速mmwave通信系统。

数据可用性

使用的数据来支持这个研究的发现包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这个项目是由中国国家自然科学基金(61861043)。