一种在60GHz通信的高增益天线讲解
60GHz无线收发机中宽带可变增益放大器的设计
ｇ ｍ ３ Ｒ Ｉ Ｒ ２ Ｒ ｆ ｃ ３ ＋ Ｒ ， Ｒ ２ （ ｃ ２ ＋ Ｃ ３ ）
＋ ＋尺，＋ｇ ｍ３ Ｒ１ Ｒ２
．
Ｒ ｒ Ｒ（ ｃ ｌ ＋ Ｃ ３ ） ＋ ＲＲ ２ （ ｃ ｌ ＋ ｃ ２ ）
Ｒ ＋Ｒ ２ ＋ Ｒ Ｔ ＋ ｇ ｍ ３ Ｒ １ Ｒ ２
（ ６ ）
一 卿
消 费 电子
２ ０ １ ３年 ３月 下 Ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｍａ ｇ ａ ｚ ｉ ｎ ｅ 计 算机 科 学
尺 １ Ｒ ｒ （ ｃ ｌ Ｃ ３ ． － ｝ － Ｃ ２ Ｃ ３ － ｑ － Ｃ １ Ｃ ３ ）
（ ５ ）
蜀＋ ＋ 尺 ， ＋ｇ ｍ ３ Ｒ １ Ｒ ：
０
§
的直流信号是直接连接 Ｃ ｈ ｅ ｒ ｒ ｙ — Ｈ ｏ ｏ ｐ ｅ ｒ放大器跨导级 的输 出或 者跨 阻级 的输入，以更小的功耗更好地抑制直流 失调 。整体电 路结构如 图 ５所示， 它包括 四个 由电压 Ｖ ｃ 控制 的可变增益放大 器核心单元 （ Ｖ Ｇ Ａ ） 、一个缓冲器 （ Ｂ ｕ ｆ ｆ ｅ ｒ ）以及双负反馈直流 失调消除电路 。
一
图５ Ｖ Ｇ Ａ系统结构框 图 三 、仿 真 结 果 当 ｇ ｎ ］ ３ ・ Ｒ ｒ ） ＞Ｉ ，ｇ ｍ ３ ・ Ｒ ） ）１ ， ｇ ｍ ３ ・ 见＞ ＞１ ， 兄＞ ＞ ， Ａ Ｗ 本文提 出的可变增 益放大器采用 Ｔ Ｓ Ｍ Ｃ ６ ５ ｎ ｍ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ工艺进行 — ｇ ｍ ・ 兄。但是实际 由于低 电压的限制 ，上述条件不能满足 ， 设计和仿真 ，仿真结果 由ｃ ａ ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｅ 工具仿真得 出。 该结 所 以直流增益不仅仅取决于 ｇ ｍ ｌ 和 毗， 还受 ｇ ｍ ３ ， Ｒ １以及 Ｒ ２的 构在 １ ． ２ Ｖ低电压下，工作总 电流 为 ２ ． ９ ｍ Ａ ，功耗仅为 ３ ． ５ ｍ Ｗ 。 影响 ，为 Ｒ ｂ和 Ｒ ｄ增加 Ｐ Ｎ Ｏ Ｓ电流源分担偏置 电流也 是基于此， 在不同控制 电压下的频率特性 曲线如 图 ６所示 。最大增益 ３ ２ ｄ Ｂ 尽可能减小其对增益 的影响。传输 函数表达式中 Ｒ １ 、Ｒ ２ 和ｃ １ 、 时 ，带 宽为 ２ ． ２ ８ Ｇ Ｈ ｚ ，在 最 小 增益 ｌ Ｏ ｄ Ｂ时 ，带 宽达 到 ３ ． ２ ６ Ｇ Ｈ ｚ 。 ｃ ２分别是 ｘ 、Ｙ节点的等效 电阻和 寄生 电容 ，Ｒ ｆ 和Ｃ ３分别是跨 在 ２ Ｇ Ｈ ｚ 频率处，电压增益随控制 电压的变化如图 ７ 所示。增益 接在 Ｍ ３ 和Ｍ ４栅漏两端 的电阻和 电容 。从传输 函数表达式可 以 随控制 电压基本呈 ｄ Ｂ线性变化，控制 电压由 ３ ０ ｍ ｙ变化到 ２ ５ ３ ｍ 看 出，该结构包含两个左半平面极点以及一个右半平面零点， ｖ ，增益可变范围为 ２ ２ ｄ Ｂ ，最大增益误 差小于 ２ ｄ Ｂ 两极点分别 由 ｘ 、Ｙ点的等效 电阻和寄生电容决定，由 （ ３ ）和 （ ４ ）式可知 ，当 尼＞ ＞ ，尼＞ ＞ 时，等效 电阻为 １ ／ ｇ ｍ ３ ，相 对 于其他结构的负载阻抗较小 ，容易实现宽带。 （ 二 ）直 流 失调 消 除 电 路设 计
一种60GHz微带阵列天线的设计优化
-5
参考文献所给出结果 本文利用FEKO仿真结果
30
20
参考文献所给结果 本文利用FEKO仿真结果
-10
反射系数 [dB]
10
-15
增益 [dBi]
58 59 60 61 62
0
-20
-10
-25
-20
-30
-30 -180
-120
0
0
60
120
180
频率 [GHz]
[deg]
图9 反射系数曲线对比
6 参考文献
[1] Zhang Y P, Sun M, Guo L H. “On-Chip Antennas for 60-GHz Radios in Silicon Technology”. IEEE Transactions on Electron Devices, 2005, Volume: 52, No. 7: 1664-1668. [2] Kärnfelt C, Hallbjörner P, Zirath H, etc.. “High Gain Active Microstrip Antenna for 60-GHz WLAN/WPAN Applications”. IEEE Transaction On Microwave Theory and Techniques, 2006, Volume: 54, NO. 6: 2593-2603. [3] Zhang B, Zhang Y P. “Analysis and Synthesis of Millimeter-Wave Microstrip Grid-Array Antennas”. IEEE Antennas and Propagation Magazine, 2011, Volume: 53, No. 6: 42-55. [4] Hayashi Y, Sakakibara K, Nanjo M, etc.. “Millimeter-Wave Microstrip Comb-Line Antenna Using Reflection-Canceling Slit Structure”. IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 2011, Volume: 59, No. 2: 398-406. [5] Chahat N, Zhadobov M, Anwar S, etc.. “60-GHz Textile Antenna Array for Body-Centric Communications”. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2013, Volume: 61, No. 4: 1816-1824. [6] Lu B, Luo J, Zhang L, Wang Y, etc.. “A 60GHz Microstrip Antenna Array Based on PCB/Polypropylene Composite Substrate”. Solid-State and Integrated Circuit Technology (ICSICT), 2012 IEEE 11th International Conference. Piscataway, N.J.: IEEE, 2012. 1-3. [7] Chen I S, Chiou H K, Chen N W. “V-band on-chip Dipole Based Antenna”. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2009, volume:57, No.10: 2853–2861. [8] Zhang B, Zhang Y P. “A Circularly-Polarized Microstrip Grid Array Antenna for 60 GHz Radios”. Microwave Conference Proceedings (APMC), 2010 Asia-Pacific. Piscataway, N.J.: IEEE, 2010. 2194-2197. [9] Biglarbegian B, Fakharzadeh M, Busuioc D, etc.. “Optimized Microstrip Antenna Arrays for Emerging Millimeter-Wave Wireless Applications”. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2011, Volume: 59, No. 5: 1742-1747.
高增益天线原理
高增益天线原理无线路由器信号的强弱主要由发射功率和天线功率两个因素决定，而在发射功率受到严格限制的情况下，用高增益天线就成为不少人眼中增强信号覆盖的良药，天线增益越大越好。
那么换一根增益更高的天线，对信号强度究竟有何影响？测试方法用于测试的无线路由器是TP-link WR740N，由于其采用的是不可拆卸的天线，我们只能用锡焊将原天线拆下，再将天线焊上。
在测试中，除了原装的5dbi天线之外，我们还换上了三款天线，一款是标称增益为6dbi的常规天线，其长度，与原装天线基本一致，这是不少DIY爱好者更换天线时，最经常使用的类型。
而长达40cm，标称增益为10dbi的高增益天线，被发烧友们所青睐，认为能极大的提升信号，但这样的庞然大物，装在路由上，让路由有头重脚轻的感觉。
至于标称增益为17dbi天线，外形更粗壮，价格也高不少，它的加入，只为验证对无线路由器来说天线增益是否越高越好。
在测试中，我们将无线路由器放置在固定的位置，然后用安装了Wirelessmon软件的笔记本在不同的位置测试天线的信号强度，来考察不同天线对信号的增强作用。
再用金山卫士测速软件，测试实际网速（电信10Mbps宽带）。
测试场景示意图参与测试的不同增益值的天线延伸阅读：天线为什么有增益？通俗的说，增益表示天线可以把信号放大多少倍。
无线路由器上的棒状天线学名叫做螺旋倒相天线，就是直线振子和螺旋状倒相器的混合结构。
其中，直线振子部分负责发射信号，而螺旋倒相器负责改变信号的相位，这样不同振子发射的是相位不同的信号，这一信号在经过复合后，就形成幅度更大的信号，从而使信号获得增强。
不过信号在复合后，波束的辐射角度会变小，作为棒状天线而言，虽然径向信号依旧是360度覆盖，但在轴向覆盖角度上，却大大降低。
也就是说，信号覆盖范围增大，但覆盖高度，却降低了。
天线增益原理示意图信号实测A点：网速可达满速，17dbi天线信号强度居然不如5dbi天线A点距离无线路由器仅1米，无任何障碍，算得上是一个比较理想的使用位置，无论是用哪种天线，笔记本都能达到满速。
增益天线原理
增益天线原理增益天线是一种能够在特定方向上提高信号接收或发射效果的天线。
它通过改变天线的结构和形状，使得信号在特定方向上得到增强，从而提高了天线的性能。
增益天线的原理涉及到天线的辐射模式、方向性、增益和极化等方面，下面将对增益天线的原理进行详细介绍。
首先，增益天线的原理与天线的辐射模式密切相关。
天线的辐射模式描述了天线在空间中的辐射特性，包括辐射的方向、强度和极化等。
增益天线通过改变天线的结构和形状，使得天线在特定方向上的辐射强度增加，从而提高了信号的接收或发射效果。
这种改变天线辐射模式的方式可以是通过增加天线的长度、改变天线的形状或者添加反射器等方式来实现。
其次，增益天线的原理与天线的方向性密切相关。
天线的方向性描述了天线在空间中的辐射方向和范围，即天线在不同方向上的辐射强度是否均匀。
增益天线通过调整天线的结构和形状，使得天线在特定方向上的辐射强度增加，从而提高了天线在该方向上的接收或发射效果。
这种调整天线方向性的方式可以是通过改变天线的指向性、增加天线的波束宽度或者添加反射器来实现。
另外，增益天线的原理与天线的增益密切相关。
天线的增益描述了天线在特定方向上的辐射强度与参考天线（一般为等效同轴振子天线）的辐射强度之比。
增益天线通过改变天线的结构和形状，使得天线在特定方向上的辐射强度增加，从而提高了天线的增益。
这种提高天线增益的方式可以是通过增加天线的长度、改变天线的形状或者添加反射器等方式来实现。
最后，增益天线的原理与天线的极化密切相关。
天线的极化描述了天线辐射电磁波时电场或磁场的振荡方向。
增益天线通过改变天线的结构和形状，使得天线在特定方向上的极化特性得到优化，从而提高了天线在该方向上的接收或发射效果。
这种优化天线极化特性的方式可以是通过调整天线的材料、结构或者添加极化补偿器来实现。
综上所述，增益天线的原理涉及到天线的辐射模式、方向性、增益和极化等方面。
通过改变天线的结构和形状，增益天线能够在特定方向上提高信号接收或发射效果，从而提高了天线的性能。
60GHz天线技术概览
60GHz天线技术概览要求：1.该频段WiFi的发展，标准2.现在WiFi的发展应用情况3.这个频段antenna的技术要素，研究情况，现在发展情况，发展趋势4.相关文章，包括重要会议文章，期刊文章5.antenna的技术难点一、60GHz频段WiFi的发展，标准，特点60GHz频段是一个无需注册的、开放的ISM频段，在目前2.4GHz和5.2GHz ISM 频段已经被大量使用的情况下，人们的注意力自然转向了尚未被开发和利用的60GHz频段来。
该频段的特点有：1、绝对带宽很宽，高达9GHz带宽2、波长短，具有毫米波的属性3、在空气中衰耗得比较快4、适合室内使用该频段在2012年被IEEE纳入了802.11ad标准中，是标准802.11n/ac的演变。
该标准允许（技术特点）：1）支持高达2.16 G H z的信道带宽，物理层传输速率接近7 Gbit/s；2）采用高增益、低复杂度和低处理时延的低密度奇偶校验码（LDPC）；3）采用旋转调制、差分调制、扩展QPSK等改进的调制技术；4）采用波束赋形技术对抗60 GHz频段的高路径损耗，支持传输距离超过10 m的可靠通信；5）针对无线视频、快速文件传输等应用场景和60 GHz无线通信技术特点，引入新的组网方式——个人基本服务集（PBSS）；6）采用增强的安全协议和功率管理技术；7）支持在2.4 G H z、5 G H z和60 GHz频带之间的快速会话转移；8）支持与其他60 G H z系统（如IEEE 802.15.3c及802.19）的共存。
WiGig技术是由WiGig（无线吉比特联盟）主导基于802.11ad标准制定的。
2013年，WiGig联盟与Wi-Fi联盟合并二、60GHz频段WiFi的发展和应用1、2014年10月三星推出60GHz Wi-Fi 技术。
三星方面表示，新的Wi-Fi 技术将能够将数据传输速度提高到 4.6Gbps，实际的数据传输速度将达到575MB 每秒，五倍于现有Wi-Fi 最快速度。
wifi高增益天线原理
wifi高增益天线原理
WiFi高增益天线的工作原理是利用天线的设计和特性来增强WiFi信号的接收和发射能力。
传统的WiFi天线通常采用单极
化天线，而高增益天线则采用了双极化或多极化天线设计。
高增益天线的主要原理是通过改变天线的辐射特性和增加辐射能量的集中度来实现WiFi信号的增强。
具体来说，高增益天
线通过增加天线的长度或使用特殊形状的天线结构，扩大了天线的辐射矩阵，提高了信号的接收和发射效率。
此外，高增益天线还通过调整天线的辐射模式，增强了天线在特定方向上的辐射能力。
一般来说，高增益天线会将信号辐射能量集中在一个特定的方向上，而减少信号在其他方向上的辐射。
这种方向性辐射模式可以提高信号的覆盖范围和穿透能力，减少信号的衰减和干扰。
除了调整天线的物理结构和辐射模式，高增益天线还可以通过使用增益放大器和低噪声放大器等技术来进一步增强WiFi信
号的传输和接收能力。
增益放大器可以将接收到的微弱信号放大，提高信号的质量和强度；低噪声放大器可以降低信号传输过程中的噪声干扰，提高信号的清晰度和稳定性。
总的来说，WiFi高增益天线通过优化天线的结构和特性，以
及引入增益放大器和低噪声放大器等技术手段，可以显著提高WiFi信号的覆盖范围、穿透能力和传输质量，从而改善无线
网络的性能和可靠性。
60GHZ的e形槽形基片集成波导天线
60GHZ的e形槽形基片集成波导天线作者：李彦萩来源：《新生代·上半月》2018年第08期【摘要】：基片集成波导适用于高频结构天线。
本文介质材料选用RT/Duriod 5880，介电常数为2.2，提出了一种基于空腔bowtie天线的结构。
利用HFSS软件对所提出的天线进行仿真，并观察了反射系数、VSWRH和增益等结果。
一、前言30GHz向100GHz以上的毫米波的演化受到了工业界和学术界越来越多的关注。
比如，无线通信网络（60GHz），汽车雷达系统（79GHz），被动毫米波成像（94GHz）和生物医学应用。
然而，60GHz的电磁波易被空气中的氧气吸收，从而在空气中传播衰减大，只能短距离传输。
为了减小传播损耗，研究高增益的60GHz天线越来越成为时代的热。
基片集成波导（SIW）是一种适用于解决矩形波导中出现的问题的技术，用于实现毫米波应用。
SIW是一种类似波导的结构，由上下金属面以及连接上、下表层的两排金属孔组成，金属通孔与介质的上下金属表面形成能传播准TE模型的矩形结构腔体。
由于其简单的设计，印刷电路板工艺（PCB）或其他平面加工技术被用于制造。
SIW的主要优点是具有主动元器件、被动元器件和天线的平面集成。
由于缝隙天线地剖面、易于与平面电路集成以及更好的与馈电网络隔离，使得被广泛应用于无线通信系统中。
一种简单的背衬腔缝隙天线也称为短端波导。
本文提出了一种用于57-64 GHz频率应用的基片集成波导背腔天线。
二、Siw设计其中“s”表示两个孔之间的距离；“h”表示SIW的高度，“d”表示孔的直径。
SIW受矩形波导的约束，a表示矩形波导宽度，b表示矩形波导长度。
三、天線结构图3所示的天线中心频率为60GHz，天线介质材料选择RT / Duriod 5880，材板厚度为0.381毫米，黄色代表对铜，白色代表介质衬底和通孔用铜通过介质衬底连接顶部和底部。
用HFSS软件仿真。
图3所示为E形背腔siw天线，尺寸为9.5*4*0.381mm，W1=0.3mm，L1=0.46mm，W2=2.6mm，L2=1.2mm，L3=7.5mm，L4=6.3mm，W4=2.94mm，d=0.3mm，S=0.42mm，L5=W5=L6=1mm，L7=0.8mm，W6=2.55mm。
增益天线工作原理
增益天线工作原理
增益天线是一种可扩大无线信号强度的设备，其工作原理主要基于天线结构的设计和电磁波的传播特性。
在无线通信中，天线是将电能转换成无线电波并将其辐射出去的关键器件。
普通的无线天线如全向天线或偶极子天线，由于其结构和设计的限制，其辐射和接收能力相对较弱，并不能够提供较高的信号增益。
而增益天线通过改变天线结构和增加天线部件的方法，有效地增加了天线的辐射和接收能力，从而提升了无线信号的强度。
增益天线通常采用的方法是通过改变天线结构的方向性来实现信号增强。
常见的增益天线设计包括定向天线、扇形天线和盘面天线等。
这些天线的结构都经过精心设计，使得其在某个或某些方向上获得更高的信号辐射和接收能力。
通过这种方式，当增益天线从某一方向接收或辐射无线信号时，其信号强度会显著高于普通天线的水平。
此外，增益天线还可以通过将天线的长度设置为波长的整数倍来增加信号增益。
当天线的长度满足波长的整数倍时，信号源和天线之间会发生共振现象，从而使得信号辐射和接收能力更强。
但需要注意的是，这种方法仅限于特定频率的信号。
总的来说，增益天线通过改变天线结构和设计，以及利用波长共振等原理，提升了无线信号的强度和接收能力。
它在无线通信领域中起到了重要的作用，使得无线网络覆盖范围更宽广、信号质量更高，提供更加可靠和稳定的通信连接。
60GHz无线接收机中宽带可变增益放大器的设计中期报告
60GHz无线接收机中宽带可变增益放大器的设计中期报告本文介绍了一个60GHz无线接收机中宽带可变增益放大器的设计。
该设计的目的是实现一个具有高度可调节增益和高带宽的放大器，以便能够在不同条件下优化接收机性能。
该设计采用射频单元（RF）前端制备流程和硅基（Si）器件，以降低成本和提高制备可靠性。
本文主要介绍了可变增益放大器的设计、工艺流程和性能分析。
设计：该可变增益放大器由两级微带线放大器和变压器对连接的共振器构成。
变压器对由矩形分接器构成，每个分接器由两个微带线和一段共振器连接而成。
这种构架充分利用了微带线和变压器对的互相耦合，从而实现了较高的增益和带宽。
可通过控制分接器的不同状态来实现不同的增益值。
工艺流程：该设计采用了基于硅基（Si）的射频单元（RF）前端制备流程，通过金属蒸发和光刻技术在1.2米的硅衬底上制备。
工艺流程包含以下步骤：1. 定义微带线和分接器的位置和形状。
2. 通过光刻技术在硅衬底上定义微带线和分接器。
3. 通过蒸发镀金工艺制备金属层，并去除非所需区域的金属。
4. 对金属层进行电学测试以确定器件性能。
性能分析：该可变增益放大器的设计具有高增益和宽带宽，增益范围可以在1-20dB之间调节。
该设计的中心频率为60GHz，带宽高达6GHz，具有非常高的性能。
通过电学测试，该可变增益放大器的S参数和增益都相当符合设计要求。
总结：本文介绍了一个60GHz无线接收机中宽带可变增益放大器的设计。
该设计采用了射频单元（RF）前端制备流程和硅基（Si）器件，具有高性价比和制备可靠性。
该可变增益放大器的性能非常好，非常适合用于高频率的无线通信应用。
60GHz空气介质龙伯透镜天线的研究的开题报告
60GHz空气介质龙伯透镜天线的研究的开题报告一、研究背景及意义随着5G技术的不断发展和广泛应用，对高速、宽带和低时延的无线通信需求不断增加。
与此同时，现有的无线通信频段相当拥挤，需更高的频段以获得更大的带宽。
60GHz频段为最具吸引人的无线通信频段之一，它具有非常高的频带宽度，可以提供高至5Gbps的通信速率，同时具有非常低的能耗和高度安全性。
空气介质龙伯透镜天线是一种指向性天线，其发射和接收的无线信号聚集到一个狭窄的射束中，因此具有高增益、低副瓣和低噪声等优点，特别适用于60GHz频段短距离无线通信。
同时，使用龙伯透镜结构可以降低天线的尺寸和复杂性。
因此，研究60GHz空气介质龙伯透镜天线可以为无线通信技术的发展提供更好的解决方案，特别是在高速、宽带和低时延的场景下。
二、研究目标和内容本研究的主要目标是设计、优化60GHz空气介质龙伯透镜天线，以提高其增益、方向性和波束聚集效果。
基于此，将深入探讨和研究以下内容：1. 空气介质龙伯透镜的基础理论与设计方法，包括透镜形状、参数的选择和优化方法等。
2. 基于龙伯透镜结构，设计并优化60GHz空气介质龙伯透镜天线，分析其增益、方向性和波束聚集效果。
3. 利用相关软件SimHFSS等，进行仿真实验，验证天线的性能和正确性。
4. 优化天线结构和参数，提高其性能，使其适用于更多的无线通信应用。
三、研究方法本研究主要采用以下方法：1. 理论研究：深入了解空气介质龙伯透镜的基础理论与设计方法，包括透镜形状、参数的选择和优化方法等。
结合60GHz频段特点，分析和研究其对龙伯透镜天线的影响。
2. 数值模拟：使用各种计算机仿真软件，如Ansoft HFSS等，对空气介质龙伯透镜天线的参数、结构进行仿真分析，进一步优化性能。
3. 实验验证：在仿真结果的基础上，进行实验验证，采用合适的测试装置和实验手段，对天线的性能进行测试和验证，验证仿真模型的正确性和可靠性。
四、研究预期结果1. 完成60GHz空气介质龙伯透镜天线的设计和优化，以获得更好的增益、方向性和波束聚集效果。
60GHz宽带天线设计及实现的开题报告
60GHz宽带天线设计及实现的开题报告1. 研究背景现今，人们对于传输速度的要求越来越高，其中最重要的要求之一就是高速的网络传输。
为了满足这种需求，各种高通量无线通信技术应运而生，而60GHz频段作为其中的一个核心部分，其宽带特性可以有效地提高无线数据传输速率和距离，已经被广泛采用。
但是，60GHz频段同样也存在一些问题，其中最显著的就是传输距离受限。
在60GHz频段内，微波信号的衰减速度非常大，因此要想提高传输距离，需要采用更加卓越的天线设计和制造技术。
2. 研究目的本研究的主要目的是设计并实现一种高性能的60GHz宽带天线，用于提高60GHz频段内的无线数据传输速率和距离。
主要研究内容包括：1）对60GHz频段特有的非常规传输特征进行分析和研究；2）通过对天线性能的分析，确定出对60GHz频段适用的天线参数；3）在天线模拟软件中完成天线设计；4）使用微波加工技术制造天线；5）对天线进行实验，验证其性能。
通过以上研究，我们可以得到一个高性能的60GHz宽带天线，为60GHz频段内的高速数据传输提供良好的支持。
3. 研究方法本研究将采用如下的研究方法：1）分析60GHz频段特有的非常规传输特征，确定出对60GHz频段适用的天线参数。
为了确定出天线的适用参数，我们将会首先对该频段的传输特征进行详细的研究和分析。
2）在天线模拟软件中完成天线设计。
我们会采用Ansys HFSS等专业模拟软件进行设计和模拟，对不同的天线结构和参数进行比较研究，找到最优解。
3）使用微波加工技术制造天线。
完成天线的设计后，将会使用微波加工技术对其进行制造。
4）对天线进行实验，验证其性能。
完成天线的制造后，我们将会对其进行实验，测试其性能和特性。
4. 研究意义本研究的意义主要包括以下几个方面：1）提高60GHz频段内的无线数据传输速率和距离，为人们提供更加优质的无线体验。
2）推动60GHz频段的发展，为未来无线通信的发展奠定基础。
一种在60GHz通信的高增益天线讲解
一种用于60GHz通信的高增益、介质加载采用基片集成波导技术的对线性渐变开槽天线摘要——60GHz带宽有提供高速的通信能力。
此文章证明了一种能为对线性变槽天线（ALTSA）提供高增益的基片集成波导（SIW）的存在。
为了获得高增益，给ALTSA上加了介质加载，并使用了沟槽结构。
使用SIW技术实现了高效、简洁和低成本的平面设计。
本文使用了一种电磁场仿真工具来设计和模拟这个天线。
首先设计一个ALTSA单元，然后在1*4的ALTSA阵列上加上SIW功分器。
为了使设计可行，制作和测量了原型。
测量结果非常符合仿真值，从而证实了这个设计。
测得1*4ALTSA阵列在整个60GHz带宽（57——64GHz）的回波损耗优于12dB，增益为23.10.5dBi。
1.介绍近些年对在高速通信中极大带宽的需求越来越高。
而60GHz带宽（57——64GHz）可以为高速无线通讯以每秒几千兆的速度传输高容量未压缩数据。
由于在毫米波频段的微带线相关损耗非常高，因此需要更多的有效的技术，比如SIW。
SIW有传统矩形波导低损耗、高品质因数、完全屏蔽和处理高功率情况的特点，也有低成本、平面电路设计的优势。
报道表明，已经有大量的研究者从事SIW相关工作多年。
天线容易在60GHz 带宽受到大气吸收而衰减，这就要求在使用高增益天线时要减少这类损耗。
锥形缝隙天线（TSA）因其宽带宽、高回波损耗和高增益而被经常使用。
对线性渐变槽线天线（ALTSA）是TSA的一种类型，在反方向的锥形介质板的上表面和底部金属部分使用对极几何设计。
研究者设计了一种带宽为4——50GHz的反极向天线。
天线在带宽内的增益3——12dBi。
本文作者设计了一种在60GHz处增益可达18.75dBi的对费米渐变槽线天线。
在张成浩的的文章里，他介绍了一种新颖的技术，即让ALTSA和SIW的上表面和下表面的锥形边缘的馈线重合来克服阻抗失配。
有沟槽结构的TSA被用来减小天线宽度以极小化任何对辐射方向图的重要影响，使得阵列天线尺寸更加紧凑。
增益天线原理
增益天线原理
增益天线原理是指通过特定结构设计使天线的辐射功率增加的一种技术。
增益天线通过增加天线的辐射方向性来提高天线的收发效率，从而增加天线的辐射功率。
天线的增益以dBi（分
贝吸收器）为单位进行度量，表示相对于理想点源天线的增益。
增益天线的原理是基于反射、辐射和导向。
天线通过结构的改进和优化，使得电磁波在传播过程中经过反射、辐射和导向等过程时，能够更好地集中和聚焦。
这样一来，天线在特定方向上的辐射能力就得到了提高，即增益效果。
具体而言，增益天线通常通过以下几种方式来实现增益效果：
1. 方向性辐射：增益天线通过提高天线在特定方向上的辐射效果，使得信号在该方向上的传输效率得到提高。
这主要通过采用定向辐射器件或者采用反射器、镜面等结构实现。
2. 长波天线设计：长波天线设计通过增加天线长度或者采用特定的天线结构，使得天线能够更好地接收和辐射长波信号，从而获得更大的增益。
3. 组合阵列：天线阵列通过将多个天线组织在一起，形成一个整体，通过相互配合和合作的方式，使得整个阵列的辐射效果得到增强。
这是一种常用的增益天线设计方式。
总的来说，增益天线通过优化天线结构和采用特定的设计原则，实现天线辐射效果的增强。
这种增益效果使得天线能够更好地
接收和发送信号，提高无线通信的可靠性和效率。
增益天线在无线通信系统、雷达、卫星通信、遥感和导航等领域得到广泛应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一种用于60GHz通信的高增益、介质加载采用基片集成波导技术的对线性渐变开槽天线摘要——60GHz带宽有提供高速的通信能力。
此文章证明了一种能为对线性变槽天线（ALTSA）提供高增益的基片集成波导（SIW）的存在。
为了获得高增益，给ALTSA上加了介质加载，并使用了沟槽结构。
使用SIW技术实现了高效、简洁和低成本的平面设计。
本文使用了一种电磁场仿真工具来设计和模拟这个天线。
首先设计一个ALTSA单元，然后在1*4的ALTSA阵列上加上SIW功分器。
为了使设计可行，制作和测量了原型。
测量结果非常符合仿真值，从而证实了这个设计。
测得1*4ALTSA阵列在整个60GHz带宽（57——64GHz）的回波损耗优于12dB，增益为23.10.5dBi。
1.介绍近些年对在高速通信中极大带宽的需求越来越高。
而60GHz带宽（57——64GHz）可以为高速无线通讯以每秒几千兆的速度传输高容量未压缩数据。
由于在毫米波频段的微带线相关损耗非常高，因此需要更多的有效的技术，比如SIW。
SIW有传统矩形波导低损耗、高品质因数、完全屏蔽和处理高功率情况的特点，也有低成本、平面电路设计的优势。
报道表明，已经有大量的研究者从事SIW相关工作多年。
天线容易在60GHz 带宽受到大气吸收而衰减，这就要求在使用高增益天线时要减少这类损耗。
锥形缝隙天线（TSA）因其宽带宽、高回波损耗和高增益而被经常使用。
对线性渐变槽线天线（ALTSA）是TSA的一种类型，在反方向的锥形介质板的上表面和底部金属部分使用对极几何设计。
研究者设计了一种带宽为4——50GHz的反极向天线。
天线在带宽内的增益3——12dBi。
本文作者设计了一种在60GHz处增益可达18.75dBi的对费米渐变槽线天线。
在张成浩的的文章里，他介绍了一种新颖的技术，即让ALTSA和SIW的上表面和下表面的锥形边缘的馈线重合来克服阻抗失配。
有沟槽结构的TSA被用来减小天线宽度以极小化任何对辐射方向图的重要影响，使得阵列天线尺寸更加紧凑。
而且，沟槽结构可以提高天线增益，减小旁瓣电平和交叉极化，由此提高天线总性能。
TD介绍设计了一种有矩形波纹的带有三角功分器的ALTSA阵列。
1*12阵列的增益为19.25dBi。
DM介绍了一种有半圆形沟槽的ALTSA，它在7GHz的增益为12.4dBi。
介质加载，通过在天线前端放置电介质板作为一个引导结构都可以增强天线增益。
平面SIW喇叭天线上的介质加载被用来使E面波束宽度变窄，同时提高增益。
NG设计了一种带有SIW喇叭结构和矩形介质加载的高增益ALTSA阵列，其1*4ALTSA阵列的增益为191dBi。
在这篇文章里，在波纹状ALTSA前端用一个带有半圆形顶层介质加载结构的矩形代替了传统矩形或椭圆形结构，以获得60GHz带宽的高增益天线。
用HFSS软件来仿真天线。
用Rogers RT/Duroid 5880材质的介质板，其介电常数为2.2，厚度为0.254mm。
2.天线设计2.1SIW的设计如图1，SIW的介质底板上有并排的两排金属孔，用来作为连接上下平行的金属平板的波导，用来隔离上下金属平面的矩形波导。
然而，虽然SIW和矩形波导有电相似性，有相似的优点，但设计不合理的话容易出现渗漏问题。
在设计SIW初期，研究者就规划了一下设计规则和方程。
通孔的直径D波长/5，它们之间的距离S2*D。
SIW的宽度Wsiw=2.39mm,Dvia=0.4mm,S=0.7mm.图2展示了SIW的电场分布。
2.2介质加载的ALTSAALTSA是TSA的一种。
Y报道说TSA对厚度t和介电常数非常敏感，因此TSA的介质板频率0.005f。
ALTSA基本上通过增加顶部和底部斑纹的长度，采用试误法用电磁场仿真工具进行优化。
ALTSA在一定长度产生最高增益，SIW馈点和天线在上下表面斑纹重合处阻抗匹配。
微带传输线通过微带线的阻抗匹配向SIW过渡，SIW向微带线同理。
本文设计和仿真了平面ALTSA（Pl-ALTSA），褶皱ALTSA（Cor-ALTSA）和介质加载的褶皱ALTSA （Diel-ALTSA）。
图3是不同类型的介质加载结构。
本文应用了半圆顶形介质加载的矩形结构。
图4是Diel-ALTSA的电路示意图。
首先设计了Pl-ALTSA，然后变为有刻在上下面边缘的波纹结构沟槽的Cor-ALTSA，最后在Cor-ALTSA前端增加电介质板变为Diel-ALTSA。
下图是其尺寸。
3.仿真与测量3.1单个天线单元图5为介质加载结构长度对天线增益的影响。
天线上的介电负载结构影响天线增益，由图可知矩形介电负载和半圆顶形介质加载矩形有相似的增益，而半圆顶形介质加载矩形比传统椭圆介质负载增益高，最大差距约0.76dB。
因此本文选择半圆顶形介质加载矩形结构的天线。
需要注意的是天线和介质负载要使用相同的介质基板，有助于制造实物。
图6显示天线中的电场分布，可见天线前端的介质材料作为导向结构。
图7为模拟出来ALTSA的回波损耗。
由图可见Pl-ALTSA，Cor-ALTSA和Diel-ALTSA在整个60GHz频段的回波损耗大于10dB，它的变化是由于在平面ALTSA上增加了波纹和介电加载结构，60GHz处Diel-ALTSA的回波损耗大于23dB。
图8为E面辐射方向图，显示Pl-ALTSA，Cor-ALTSA和Diel-ALTSA在E面的-3dB波束宽度分别为22.6,19.5和17；同时，Pl-ALTSA，Cor-ALTSA和Diel-ALTSA的旁瓣电平分别为-13dB，-15dB和-17dB；它们的交叉极化电平分别优于14dB，21dB和22dB。
图9为模拟的H面辐射方向图，Pl-ALTSA，Cor-ALTSA和Diel-ALTSA在H面的-3dB波束宽度分别为29.5，33.1和25.2；同时，Pl-ALTSA，Cor-ALTSA和Diel-ALTSA的旁瓣电平分别为-13dB，-12dB和-15dB；它们的交叉极化电平分别高于14dB，21dB和22dB。
我们发现沟槽使E面波束宽度减小却使H面波束宽度增加。
因此证明Diel-ALTSA的波束宽度最窄，旁瓣电平和E面、H面的交叉极化电平最低。
图10显示了Pl-ALTSA，Cor-ALTSA和Diel-ALTSA在60GHz带宽的前后比（F/B）。
F/B 比率是描述定向天线性能中常见的一个有效参数。
在高定向天线中，它用来描述将所有辐射能量汇聚到前端，以保持最小化能量偏移至后方。
对Pl-ALTSA来说F/B比率靠近11dB-12.5dB，然而F/B比率在Cor-ALTSA和Diel-ALTSA情况下还会增加。
Cor-ALTSA下为21dB-25dB之间，Diel-ALTSA时为22.5dB-26dB之间。
因此，Diel-ALTSA下的F/B比率最高。
图11展示了Pl-ALTSA，Cor-ALTSA和Diel-ALTSA在60GHz带宽下的增益，分别为14.4dB，17.10.5dB，因此可得Diel-ALTSA较Pl-ALTSA和Cor-ALTSA有更好的表现。
3.2天线阵列SIW功分器被用来设计1*4Diel-ALTSA阵列。
SIW功分器对每4个ALTSA来说都提供相同的幅度和相位。
图12是SIW功分器的E面辐射图。
图12中Ws=8.56mm，La=0.95mm，Lb=0.15mm，Lc=0.32mm，Le=0.25mm。
而直径Da=0.3mm，Db=0.3mm，Dc=0.6mm，Dd=0.4mm。
四个天线被功分器合并以实现天线阵列。
图13是SIW功分器仿真的S参数。
可见S11在57-64GHz间低于-10dB，同时，S21、S31、S41和S51在60GHz带宽内有相似特性。
图14为制作的天线阵列。
ALTSA阵列的尺寸为78.3mm*43.7mm*0.254mm。
图15是仿真测量得到的1*4Diel-ALTSA阵列的回波损耗和增益。
天线阵列的S11参数和增益是用MVNA 8-350探针台测得的。
会在有V型连接器的室内远场暗室测得连接天线的辐射方向图。
从图15可看出在60GHz带宽内仿真和测得的回波损耗大于12dB，60GHz处大于24dB，表明测量和仿真的结果有很好的一致性。
更发现在60GHz带宽内的增益差不多齐平，从图15得在60GHz带宽内仿真增益为230.4dBi，测量增益为23.10.5dBi。
图16为仿真和测量的E面辐射方向图。
仿真得E面波束宽度为7，测得的为8，仿真和测量的E面旁瓣电平为-15dB。
相似的，从图17得仿真的H面波束宽度为25，测量的为27，H面旁瓣电平为-14dB。
仿真和测量的细微差别可归因于制造公差。
因此可得，仿真和实物的结果有很好的一致性。
表2为此天线和其他60GHz天线阵列对比表。
在这些年间设计了许多60GHz带宽相关的阵列天线。
大趋势为低成本、重量轻和高增益的天线阵列。
有SIW馈点的ALTSA 可以满足这些要求。
从图表可得，虽然循环加载偶极子天线阵的最高增益可达25.2dBi，但是在阵列中使用的单元数目为50个，相同的，达到17.5dBi的天线阵的单元数为16，而在此文中，达到23.6dBi的天线阵单元只有4个。
4.总结在这篇文章中，展现了一种在60GHz通信的高增益、通过介质加载采用基片集成波导技术的对线性渐变槽线天线。
设计原型被加工制作得以验证，并且仿真和测量结果有很好的一致性。
设计的天线在60GHz带宽内有很好的回波损耗。
1*4ALTSA阵列有宽带宽、高增益、简单结构、重量轻和便于在低成本的PCB板上制作，因此这是一个在高速通信的60GHz波段可行的方法。