宽带平面天线研究

论文摘要

随着无线通信技术的快速发展,为了满足各种应用的需要产生了许多功能各异的无线通信设备。各种不同应用场合的通信需求对无线通信系统的协议和硬件性能提出了更为严格的要求。天线作为无线通信系统中的重要部件之一,其性能的好坏直接影响到通信的质量。在过去几十年间,得益于集成电路技术的进步,各种通信设备集成度越来越高,这使得具有低剖面、结构灵活、易于集成等特点的宽带平面天线越来越受到人们的重视。本文主要研究平面天线的宽带化技术,提出了几种可以增加平面天线带宽的方法。首先文章简单介绍了几种用于分析微带天线的理论模型和数值方法,简述了微带天线实现圆极化的方法以及相关原理。并以矩形微带天线为基础,在综合考虑方向图特性、阻抗带宽、互耦、尺寸要求以及加工误差等设计因素后,先利用切角微扰法和多级阻抗匹配技术扩展贴片的阻抗带宽,再运用顺序旋转阵列法改善天线轴比带宽。通过运用以上宽带化技术,克服了传统矩形贴片天线阻抗带宽和轴比带宽均比较窄的缺点,设计了一个性能优异的2×2单元右旋圆极化微带天线阵,并在此基础上提出了一些实用性和针对性较强的设计规范和注意事项。实验结果表明该天线测试结果和全波分析数据吻合良好,其性能满足设计要求。其次文章以柱形单极子为基础推导出了平面单极子和谐振频率计算公式和最佳阻抗带宽的高宽比经验值,实验证明公式估算值和全波分析结果误差较小,可以用来估算平面单极子的尺寸或者谐振频率。同时以传统平面单极子为初始模型,在非对称馈电结构的基础上通过改进馈电微带线和贴片外形扩展阻抗带宽;并通过分析单极子的电流分布,提出利用地板开槽改变地板电流分布实现再次缩小地板尺寸的目的。然后再利用增加枝节的方法延长单极子谐振电流路径,降低谐振频率,进一步扩展阻抗带宽,使天线在2.76 GHz到15.58 GHz之间S11<-10 dB,带宽达到了5.6:1（140%）。最后对本文的设计方法和实验结果进行了总结,并概括了本文工作所取得的主要成绩和不足,以及将来进行一步研究的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 本文主要研究工作
• 第二章 微带天线原理和分析方法
• 2.1 微带天线理论分析
• 2.1.1 微带天线的辐射机理
• 2.1.2 微带天线的主要分析方法
• 2.2 小结
• 第三章 圆极化微带天线设计
• 3.1 单贴片圆极化方法
• 3.1.1 天线极化
• 3.1.2 单馈点法
• 3.1.3 双（多）馈点法
• 3.1.4 阵列法
• 3.2 宽带圆极化微带天线设计
• 3.2.1 带宽定义
• 3.2.2 贴片单元设计
• 3.2.3 圆极化阵列设计
• 3.2.4 馈电网络设计
• 3.2.5 阵列总体全波分析和测试
• 3.3 小结
• 第四章 宽带平面单极子天线
• 4.1 偶极子天线
• 4.1.1 偶极子天线阻抗特性
• 4.1.2 偶极子天线的谐振频率
• 4.2 单极子天线
• 4.2.1 柱形单极子
• 4.2.2 平面单极子
• 4.3 有限地板平面单极子
• 4.3.1 对称小地板平面单极子
• 4.3.2 非对称地板平面单极子
• 4.4 新型超宽带平面单极子
• 4.4.1 单极子外形改进
• 4.4.2 馈电结构改进
• 4.4.3 地板结构改进
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果