小型微带天线的宽频带技术及无线通信天线的设计

论文摘要

天线是任何无线电系统必不可少的组件。它的功能是辐射或者接收无线电波。它把被导电磁波转变为自由空间的无线电波（在发射系统中）,或者做相反的变换（在接收系统中）,从而在任意两点之间实现无线电信号的传递。近年来,无线通信系统的迅猛发展带来了天线行业的繁荣,如WLAN （wireless local area net- work）、UWB及UWB band-notched天线获得了广泛研究和应用。而且,由于对系统小型化的要求,小型宽带微带天线已成为国际天线研究的前沿之一。本论文对小型宽带微带天线,WLAN （wireless local area -network）及UWB band-notched天线进行了深入研究,提出了几种创新性设计。本论文第一章简单介绍了描述天线性能的几个重要参数,以及天线的分析方法,并简要介绍了本论文的主要工作。第二章主要讲述了微带天线的小型化及宽频带技术。本章通过大量的阅读文献和仿真研究,总结了微带天线小型化及宽频带的几个技术。一般微带天线的带宽只有0.7%7%,而且微带天线小型化后由于辐射面积变小,辐射效率变差,使得它的带宽更窄。本章中作者运用短路加载和槽加载技术,使天线有多个互相靠近的谐振频率,从而得到了两个新型小型宽带微带天线。这两个天线具有带宽大、尺寸小和剖面低的特点。第三章讲述了无线局域网（wireless local area network,WLAN）天线的设计。WLAN包含两个频段,即2.4 GH频段（IEEE 802.11b/g, 2400-2484 MHz）和5 GHz频段（IEEE 802.11a, 5150-5825 MHz）。本章介绍了几个文献上介绍的WLAN双频天线,总结了WLAN天线的双频宽带设计方法。最后详细介绍了作者设计的两个WLAN双频天线。这两个天线具有带宽大、增益适中和结构紧凑的特点,可应用与WLAN系统。第四章讲述了平面超宽带带阻（UWB band-notched）天线的设计。2002年美国联邦通信委员会（FCC）批准将3.110.6 GHz频段划作超宽带（UWB, ultra wideband）技术的商业应用,此后平面超宽带天线更成为一个新的研究热点。然而正如第三章所述,5.15-5.825 GHz是属于WLAN的频段,为了避免WLAN系统和UWB系统的互相串扰,近年来具有带阻性质（5-6 GHz）的UWB天线也获得了广泛的研究。本章中作者简单介绍了几个超宽带带阻天线,总结了超宽带带阻天线的设计方法,并详细介绍了作者设计的两个创新性结构的超宽带带阻天线。考虑到本论文的长度,第二、第三和第四章内容除对微带天线、WLAN天线和UWB band-notched天线的简单介绍外,其余均为本人在三年读研期间所作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 天线的几个重要性能参数
• 1.4 天线的数值分析方法
• 1.4.1 矩量法（MoM）
• 1.4.2 有限元法（FEM）
• 1.4.3 时域有限差分法（FDTD）
• 1.5 本论文的主要工作和内容安排
• 第二章 小型宽带微带天线技术
• 2.1 微带天线的小型化技术
• 2.1.1 高介电常数法
• 2.1.2 短路加载法
• 2.1.3 曲流技术
• 2.2 微带天线的宽频带技术
• 2.2.1 低介电常数厚基片和特殊馈电方式
• 2.2.2 多谐振贴片
• 2.2.3 引入损耗
• 2.2.4 贴片开槽技术
• 2.3 小型宽带微带天线
• 2.3.1 新型小型宽带微带天线设计实例1
• 2.3.2 新型小型宽带微带天线设计实例2
• 2.4 小结
• 第三章 WLAN 天线设计
• 3.1 WLAN 天线的发展现状及应用
• 3.2 WLAN 天线设计实例1
• 3.2.1 天线结构及回波损耗
• 3.2.2 天线的特性分析
• 3.2.2.1 电流分布
• 3.2.2.2 参数扫描
• 3.2.2.3 辐射方向图和增益
• 3.3 WLAN 天线设计实例2
• 3.3.1 天线结构及回波损耗
• 3.3.2 天线的特性分析
• 3.3.2.1 电流分布
• 3.3.2.2 参数扫描
• 3.3.2.3 辐射方向图和增益
• 3.4 小结
• 第四章 超宽带带阻天线设计
• 4.1 UWB 及UWB band-notched 天线的发展状况及应用
• 4.2 具有带阻特性的新型椭圆单极子超宽带天线设计实例1
• 4.2.1 天线设计及回波损耗
• 4.2.2 超宽带带阻（UWB band-notched）天线设计实例1 特性分析
• 4.2.2.1 电流分布
• 4.2.2.2 参数扫描
• 4.2.2.3 辐射方向图和增益
• 4.3 具有带阻特性的新型椭圆单极子超宽带天线设计实例2
• 4.3.1 天线结构及回波损耗
• 4.3.2 超宽带带阻（UWB band-notched）天线设计实例2 特性分析
• 4.3.2.1 电流分布
• 4.3.2.2 参数扫描
• 4.3.2.3 辐射方向图和增益
• 4.4 小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 本论文的主要工作和创新点
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果