【摘 要】
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天线是通信系统中一个重要的组成部分,并发挥着传输能量的关键作用。基于高数据传输率和大量多媒体应用的要求,3G、4G和现在的5G技术已经被引入和实施。在最近的5G通信系统的技术发展中,无论是蜂窝还是其他无线应用,都在毫米波天线阵列方向进行了大量的研究。毫米波范围内的高频天线被用来实现高速通信,其数据速率为Gb/s。毫米波技术为汽车、移动设备、Io T（物联网）、军事、医疗等各个领域的无线通信系统开启
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天线是通信系统中一个重要的组成部分,并发挥着传输能量的关键作用。基于高数据传输率和大量多媒体应用的要求,3G、4G和现在的5G技术已经被引入和实施。在最近的5G通信系统的技术发展中,无论是蜂窝还是其他无线应用,都在毫米波天线阵列方向进行了大量的研究。毫米波范围内的高频天线被用来实现高速通信,其数据速率为Gb/s。毫米波技术为汽车、移动设备、Io T（物联网）、军事、医疗等各个领域的无线通信系统开启了一个新时代。采用毫米波（mm-Wave）频段的好处是可以获得宽带宽和较少的各种通信干扰。物联网（Io T）预计将在不久的将来应用于5G通信技术。未来极化分集和频率将在几个频段上工作。物联网技术正在为我们的日常生活带来先进的数字革命。因此,与物联网时代相关的传感器和集成天线的产量巨大。与集成天线相关的物联网技术有望使我们未来的通信变得非常简单。物联网（Io T）的概念被称为是现在互联网的延伸。它是一个由传感器、输入/输出设备、执行器和通信系统相关的不同物体组成的全球互联的新兴网络。无线传感器技术提高了物联网（Io T）和无线互联网连接的效率。事实上,天线在无线传感器技术中起着至关重要的作用,随着物联网技术的发展,它将开创一个新兴的未来。在过去的几年里,由于通信系统的多频段和多功能特性,紧凑型和低剖面的集成天线引起了人们的广泛关注。在本论文中,作者将在微波和毫米波频段范围内设计不同带宽的5G天线和阵列,以展示室内/室外5G-Io T和基站应用的宽带、多频段和高数据速率的特点。此外,为安全通信设计了一个用于所有类型的微波/毫米波天线的天线罩系统。为了演示该系统,设计了一个喇叭天线,并在9.4-16 GHz的微波范围内激励,该天线具有两个独立的频率选择频段,以随机提供带阻和带通特性。这一特点使天线通信变得不可追踪且全。本文的主要内容总结下:一、微波频段的5G天线/阵列同时覆盖了5G NR频谱的三个不同频段,即3.6-3.85 GHz,4.05-4.20 GHz和4.8-5.15 GHz,回波损耗为15 d B。这为天线单元带来了8.12 d Bi的增益和70.7°的半功率波束宽度（HPBW）,为1×8天线阵列带来了16.65 d Bi的增益和69°的HPBW。具有极高隔离度、交叉极化鉴别比（XPD）和前后比（FBR）的三频双极化特性使该剖面天线阵列成为5G-Io T和基站应用的合适候选者。二、低剖面新型结构天线在28 GHz中心频率下为宽带和毫米波5G-Io T应用提供了大的连续带宽。它是一种带有多层夹心基板的H平面印刷喇叭天线,可提供20-45GHz的阻抗带宽,S11＜-10d B,增益为8.64d Bi。三、为智能手机和其他5G-Io T应用设计了一个38GHz的宽带单基板双天线阵列,具有紧凑型串联馈电网络。它在单个基板上在相对边缘的宽边方向上具有两个1×16阵列。每个阵列在38 GHz下具有65.7°HPBW和31.30 GHz至39 GHz的阻抗带宽,模拟和测量的增益为17.3 d Bi和16.4 d Bi。四、一个高效的X波段天线-天线罩系统专为机载和地面应用而设计。带有介质夹层墙配置和FSS屏幕的天线罩在9.4-16GHz的频率范围内提供带通和带阻功能,而不影响天线增益。带通和带阻特性使这个提议的FSS天线天线罩成为地面和机载应用的良好候选者,用于安全和不可追踪的通信。在带通特性中,除窄带外,其他天线/雷达无法访问天线。五、对于水下应用,分析了海底天线罩的性能,包括各种壁面配置和两种不同的形状和AT-6000规格。提出了一种新型的潜艇天线罩结构,与典型的桶形结构相比,随着水下深度的增加,它所面临的应力和变形更小,并且可以在海水下的高塌陷深度中运行。Ansys 18.2 HFSS用于天线和阵列的优化和仿真。此外,西门子NX软件用于海底天线的设计和水压测试。
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