终检失败 创新训练 510电子与通信技术 通信网络未定级

1、 研究背景 从20世纪开始，通信技术飞跃发展，直到如今的5G时代的出现，象征着无线通信技术的发展势不可挡。随着信息数据的快速增长，以往的通信使用的频段资源变得十分拥挤，而30-300GHz这一频段即毫米波有丰富的未开发的频率资源。相较于较低频率的微波通信，毫米波通信相对带宽小，易于实现宽带宽，还具有较高的空间分辨率、高方向性和较好的物质灵敏性等特点；相对于红外具有散射小、透射性强、安全性高和光谱分辨性好等优势。毫米波通信越来越受到人们的重视，将成为6G乃至7G通信发展的基础。天线是实现无线通信的必要元件，而实现高效益的天线技术是发展毫米波通信的关键。然而毫米波有较大的传输损耗。为了提高天线的性能，对制作工艺要求较高，加工成本也增加。因此，降低毫米波天线的成本并提高其性能是当下发展毫米波技术的一个目标。此现象引发了我们的思考，所以我们小组成员想要制作一款低成本的毫米波天线，来解决当下的难题。 2、 研究目的和意义 毫米波通信相比目前所使用的频段固然有很大的优势，然而也有不可忽视的巨大缺点。毫米波频段电磁波面临较大的链路衰减，电路输出功率低，传统的天线无法解决这些问题，损耗巨大，无法满足人民使用的需求。因此，需要高增益的天线。 而过去所研究出来的部分天线虽然已经解决了一部分问题，在毫米波频段也能有较低损耗，有部分天线也实现了较高增益，但是这些高性能的天线都受着成本的制约，造价导致其不能广泛投入使用。我们要设计制作一款成本较低的毫米波天线，为无线通信技术提供一个低成本的方案。 3、 国内外研究现状和发展动态： 2012年，日本东京工业大学Yuanfeng She团队提出低温共烧陶瓷（LTCC）工艺实现的部分填充的矩形波导结构，通过去除部分介质实现了空腔结构的波导，在60GHz频段将原来的传输耗损降低到原来的六分之一[1]。2012年，Makoto Ando研究团队就报道了基于LTCC工艺实现的中心频率为60GHz的基片集成空腔波导缝隙天线阵，对比了基片集成空腔波导缝隙天线阵与介质填充的SIW缝隙天线阵，12个缝隙的基片集成空腔波导缝隙天线阵最大增益为14.0dBi，13个缝隙的介质填充的SIW缝隙天线阵仅为5.2dBi，天线增益提升了8.8dB。天线3dB增益带宽由1.3GHz提升到了2.3GHz，提升了近7.7%。在最大增益的频点，介质填充的SIW缝隙天线损耗约6.5dB，其中97%为介质损耗，3%为导体损耗。基于这一思路该团队又先后报道了两款基于LTCC工艺实现的基片集成空腔波导缝隙天线阵。2017年，该团队在文献中报道了结合扩散焊接技术实现了基于硅基工艺的空腔波导结构，并设计了中心频率为350 GHz的16*16太赫兹缝隙阵。2014年，西班牙研究学者Angel Belenguer首次基于PCB工艺加工、测试了空腔SIW结构（ESIW），降低了损耗，且在相同频段下，ESIW滤波器的品质因数是SIW滤波器的4.5倍。近些年国内外学者着重于降低传输损耗，而达到天线的“低成本，高性能”，因此致力于研究基片集成空腔波导（ESIW）。降低毫米波天线成本，并提高其工作效率，是将毫米波天线投入商用的关键。因此，制作一款低成本毫米波天线是必要的。