毫米波通信技术 第三章、毫米波天线.ppt

毫米波通信技术 刘发林 电子工程与信息科学系 2012年9月 § 3.1 引言 § 3.2 天线基础 3.2.1 天线辐射的基本原理 3.2.2 天线的特征参数 § 3.3 反射面天线、透镜天线和喇叭天线 3.3.1 口径面天线基础 3.3.2 反射面天线 3.3.3 透镜天线 3.3.4 喇叭天线 3.3.5 多频段共用天线 § 3.4 微带与印制电路天线 3.4.1 微带天线的基本类型 3.4.2 微带天线的辐射特性 3.4.3 新型结构的微带天线 § 3.5 相控阵天线 3.5.1 相控阵天线原理 3.5.2 相控阵天线的互耦问题 3.5.3 相控阵天线的馈电方式 3.5.4 相控阵天线的新技术 § 3.6 自适应天线 3.6.1 自适应天线的基本原理 3.6.2 自适应波束形成算法 小尺寸 高增益 波束窄 左边是发射（接收）电路 右边是信道 上面是各种先进技术（纳米天线） 下面是材料（纳米、左手材料等） By Dr. 陈志宁，IEEE Fellow 面天线：抛物面、卡赛格伦、网状、微带 线天线：耦极子、鞭状、八木 其他天线：喇叭、透镜、缝隙 新型技术：共形天线、赋形天线、频段公用 智能天线、数字波束形成等、 等离子天线 方向图 波瓣宽度与副瓣 方向系数与增益 输入阻抗 带宽 有效面积 天线噪声温度 方向图：归一化场强 有相互垂直的E面和H面方向图 方向系数与增益 辐射效率 理想偶极天线增益为1.76dB（1.5） 极化 线极化 垂直极化VV 水平极化HH 圆/椭圆极化 左旋圆极化 右旋圆极化 极化复用 交叉极化要低 极化失配 圆极化特性 圆/椭圆极化波均可分解为两个相互正交的线极化波。 当两正交线极化波振幅相等，相位相差90°时，则合成圆极化波； 振幅不等时，合成椭圆极化波。 圆极化产生 合成产生：可由两个正交的线极化电场合成 直接产生：螺旋天线产生圆极化波，电磁波的旋转方向与螺旋线的绕向一致 输入阻抗 重要参数，通常以VSWR测量确定该阻抗。 包括电阻和电抗、需要匹配电路 接收天线的阻抗近似为接收机的输入阻抗。 带宽 1dB带宽，3dB带宽等。 有效面积 遮挡、倾斜等均会影响有效面积。 天线噪声温度 接收噪声功率 传输效率 通信传输系统的方程 工程上用dB表示如下 卡塞格伦天线 赋形天线方向图 微带天线优点： 剖面低、体积小、重量轻； 平面结构，可与导弹、卫星等表面共形； 馈电网络可与天线结构一起制成，适合于采用成本较低的照相蚀刻技术生产； 能够与有源器件和电路在基片上集成为单片器件； 便于获得圆极化，容易实现双频段、双极化等。 微带天线的主要限制有： 频带较窄，微带天线的工作带宽一般不超过7％； 导体损耗、介质损耗和表面波导致辐射效率降低和方向图畸变； 公差要求较高、功率容量较小； 仅适于毫米波低端频率 介质基片材料对天线电性能影响较大 等等。 阵列馈电：串连/并联两种方式 有源相控阵天线： 多个T/R组建实现，降低损耗，提高灵敏度，可由馈电网络在射频实现，也可通过数字处理实现数字波束成形。 智能天线——自适应天线 数字波束 信号处理－－正向、逆向 星载天线技术 毫米波频段用较小口径可达到高增益。 共形天线技术是利用卫星载体上的金属表面或其他特殊材料形成的表面来构成天线单元，并与星体一体化。 用相控阵方法来电控这些表面上的辐射单元，达到波束形成与波束控制的目的。 光学相位控制和分配的多波束形成网络，需研究： 采用新理论和新方法的波束形成网络及自适应控制技术。 宽带内干扰信息的提取算法，包括区分信号方向和干扰方向算法、高分辨率两维方向估计算法等； 天线方