无线通信系统中新型天线技术的研究与设计

论文摘要

随着无线通信的发展,移动终端已经演变为智能终端。移动终端的高速数据业务、多媒体功能和多标准按需接入要求,要求天线和射频前端实现更高程度的小型化、高性能,天线的分集技术和双频技术在近几年受到特别的关注。基于目前对无线通信对天线的高性能、小体积、多频段、高宽带等要求,本论文研究了天线的分集技术和双频技术,并给出了仿真和实验结果。论文的主要内容分为以下几个部分：首先,介绍了无线通信中天线的研究现状、表征天线性能的几个重要参数,以及天线的电磁分析方法及仿真软件。其次,提出了一种新型双极化混合馈电微带贴片天线,天线采用孔径耦合馈电与探针馈电相结合的混合馈电方式,结合“T”型馈线提高了两端口隔离度,采用"Hour glass"形的槽改善了输入端口的阻抗特性。天线的工作频率为2.37 GHz,两端口的反射损耗分别为-16.08 dB和-21.92 dB,两端口隔离度为-24.24 dB。而后又研究了天线的频带展宽技术,采用在天线地板的中心线上开4个槽的方法,使天线的频带宽度有明显的展宽。测量结果与仿真结果基本吻合。最后,提出了一种新型宽频带双频差分天线。该天线基于低温共烧陶瓷（LowTemperature Co-Fired Ceramics,简称LTCC）技术,采用矩形环状贴片,并使用两条特性阻抗为50Ω的、叉形微带馈线进行差分馈电,是一种具有平衡结构的宽缝隙天线,这种结构使得天线拥有较宽的频带宽度。该天线实现了双频段工作,其两个工作频率为2.63 GHz和5.13 GHz。该天线性能良好,两个频段的奇模反射系数分别为-14.43 dB和-15.67 dB。天线同时拥有非常好的宽频带特性,两个工作频率的绝对带宽分别为220 MHz和1.49 GHz,相对带宽分别为8.37%和29.04%。天线有良好的增益,并在E面与H面具有稳定的全向辐射特性。测量结果与仿真结果吻合较好。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 无线通信系统中天线的研究现状
• 1.2.1 分集天线
• 1.2.2 差分天线
• 1.3 微带天线的双频与宽带技术
• 1.3.1 微带天线的双频技术
• 1.3.2 微带天线的宽带技术
• 1.4 本文的研究内容和主要贡献
• 参考文献
• 第二章 天线基础理论
• 2.1 引言
• 2.2 天线的基本参数
• 2.2.1 天线的辐射方向图与方向性
• 2.2.2 天线的极化
• 2.2.3 天线的输入阻抗、驻波比与回波损耗
• 2.2.4 天线的频带宽度
• 2.2.5 天线效率
• 2.2.6 天线增益
• 2.3 电磁仿真算法-有限元法
• 2.3.1 有限元离散化
• 2.3.2 单元支配方程
• 2.3.3 单元组合求解
• 2.3.4 FEM求解的一般步骤
• 2.4 仿真软件HFSS
• 2.4.1 HFSS的理论基础
• 2.4.2 软件HFSS中的参数
• 2.4.3 Ansoft HFSS功能介绍
• 2.4.4 HFSS仿真设计的步骤
• 参考文献
• 第三章 分集天线的研究与设计
• 3.1 引言
• 3.2 分集技术
• 3.2.1 分集技术概念及分类
• 3.2.2 极化分集与双极化天线
• 3.3 分集天线的设计
• 3.3.1 天线结构
• 3.3.2 天线设计与性能分析
• 3.3.3 仿真与测试结果
• 3.3.4 宽带技术
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 基于低温共烧陶瓷（LTCC）双频差分天线的研究与设计
• 4.1 引言
• 4.2 低温共烧陶瓷（LTCC）技术
• 4.3 差分理论
• 4.3.1 差分天线的输入阻抗
• 4.3.2 两端口网络的奇模激励和偶模激励
• 4.4 基于LTCC的双频差分天线
• 4.4.1 天线结构
• 4.4.2 天线敏感性分析
• 4.4.3 仿真与测试结果分析
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 天线测量
• 5.1 天线测量的基本理论
• 5.1.1 天线测量中的互易性
• 5.1.2 S参量
• 5.1.3 天线辐射场
• 5.2 天线参数的测量
• 5.2.1 S参数的测量
• 5.2.2 天线方向图的测量
• 5.2.3 天线增益的测量
• 参考文献
• 第六章 总结
• 攻读学位期间取得的研究成果及参与科研的项目
• 致谢
• 个人简况