具有陷波特性的超宽带天线研究与设计

论文摘要

作为未来短距离无线通信首选的超宽带技术正在受到越来越多的关注。超宽带（Ultra-wideband）技术具有传输率高、保密性好、耗电量低、抗多径衰落能力强、穿透能力强、系统成本和复杂度低等优点,因而在军事通信、车载雷达和数字通信等军用和商用领域都有着广泛的应用。而超宽带天线作为超宽带通信系统的重要组成部分,其特性的好坏直接影响着通信系统的质量。由于超宽带天线的频带（3.1-10.6GHz）与其他现有通信系统的频段重叠而产生相互干扰,因此设计具有陷波波特性的小型平面的超宽带天线已成为近年来研究的一个热点。本文即开展具有陷波特性的超宽带平面天线的研究。为了降低超宽带天线和现有3.3-3.7GHz的WiMAX及5.15-5.825GHz的WLAN通信频段之间的干扰,本文设计了一款具有双陷波特性的超宽带天线,采用共面波导馈电方式,辐射贴片为灯泡形状；在圆形贴片上开L型和C型缝隙,得到了两个陷波频段,分别是3.2-3.8GHz,5.1-5.8GHz,覆盖的频段为.3-14GHz。天线尺寸为25mm×20mm×1mm,在工作频段内H面可以提供较为理想的全向方向图。使用CST仿真软件对影响天线性能的参数进行分析和优化,在此基础上,制造出天线的实物,并用矢量网络分析仪对其开展了测试。仿真和测试结果表明,此款天线可以满足超宽带系统的要求。论文还设计了基于共面波导馈电的具有三陷波特性的超宽带天线以及基于微带馈电的具有可调陷波特性的超宽带天线。首先在超宽带天线的基础上,通过在辐射贴片上开L和C型缝隙和共面波导的馈线处开U型缝隙,实现三个陷波的频段,并讨论了天线的关键参数对陷波频段的影响。论文最后研究了一款具有可调陷波的超宽带天线,采用微带馈电的方式通过地面开槽、切角实现超宽带和陷波特性。在开槽处通过射频开关控制,实现超宽带特性和具有陷波的特性。当开关闭合时,可以实现超宽带特性；开关打开时,通过加载不同电容值来使陷波频段的移动。论文分别对两款天线进行加工、测试。测试结果和仿真结果吻合较好。最后,论文讨论了这几款天线的所存在不足之处以及今后的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 超宽带及具有陷波特性的天线研究现状
• 1.2.1 微带馈电天线
• 1.2.2 共面波导馈电天线
• 1.2.3 同轴馈电天线
• 1.3 本文的主要工作和内容安排
• 第2章 超宽带天线的理论和仿真软件CST的介绍
• 2.1 超宽带天线理论和重要指标
• 2.1.1 超宽带微带天线的理论
• 2.1.2 微带天线的传输线分析
• 2.2 共面波导的理论
• 2.3 天线的性能参数
• 2.3.1 天线的辐射方向图和方向性函数
• 2.3.2 天线的方向性系数
• 2.3.3 天线的辐射效率
• 2.3.4 天线的增益
• 2.3.5 天线的输入阻抗
• 2.3.6 天线的带宽
• 2.3.7 天线的极化
• 2.4 有限积分法和CST仿真软件的介绍
• 2.4.1 有限积分法的原理介绍
• 2.4.2 CST微波工作室仿真软件的介绍
• 第3章 具有双陷波特性的超宽带天线的研究与设计
• 3.1 具有双陷波特性的超宽带天线设计思路
• 3.2 天线的结构设计
• 3.3 天线的仿真过程及其结果的讨论
• 3.4 天线的制作与测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 具有三陷波和可调陷波特性的超宽带天线设计
• 4.1 具有三陷波特性的超宽带天线设计
• 4.1.1 具有三陷波特性的超宽带天线设计思路
• 4.1.2 天线的结构设计
• 4.1.3 天线的仿真过程及其结果讨论
• 4.1.4 天线的制作与测试
• 4.2 具有可调陷波频段的超宽带天线设计
• 4.2.1 具有可调陷波频段的超宽带天线设计思路
• 4.2.2 天线的结构设计
• 4.2.3 天线的仿真过程及结果讨论
• 4.2.4 天线的制作与测试
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结
• 5.1 论文的主要工作和创新点
• 5.2 论文工作的体会与展望
• 致谢
• 参考文献