小天线设计与测试方法研究

论文摘要

近年来,无线通信发展迅速,作为系统发射和接收电磁波的重要前端器件------天线,其性能对整个系统的通信质量至关重要。尤其是在手机、RFID和蓝牙等方面,天线的小型化、多频带和多天线等技术成为研究的热点;与此同时,准确测量小天线也面临着很大的困难。本文在介绍小天线技术的基础上,讨论了几种常用的小天线结构和最新应用,简单介绍了蓝牙、RFID、ZigBee等无线通信的新技术,且详细分析了平面倒F天线（PIFA）和偶极子天线,作为本文设计和分析的理论基础。本文还应用专业电磁场仿真软件设计了应用在手机上的多频双天线。首先提出了一种新型的倒F型天线并将其应用于双天线系统。通过大量的仿真给出了结构参数变化对平面倒F天线的性能的影响。对于双天线系统,研究的重点放在两天线间的耦合问题上,为了减小耦合,对单个倒F天线的原型做了巧妙的调整,使得耦合控制在所要求的范围内。仿真结果表明此天线能够很好地应用在GSM, DCS/PCS和UMTS频段,同时该双天线系统实现了天线分集。最后,本文针对目前小天线测量困难的问题,以RFID标签天线为例,设计了标签天线测试架,并对所设计的标签天线测试架进行了加工和测量。测量结果与仿真结果吻合得很好,表明此测试架可用来准确地测量标签天线的阻抗、方向图和增益等性能指标。测试架的设计虽然仅对弯折线偶极子天线进行了实验验证,但设计方法对其他类型小天线的测量同样具有借鉴意义,同时对平衡不平衡转换器的等效电路的提取也为阻抗测试提供了新的思想,有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 小天线研究现状体
• 1.2.1 小天线的概述
• 1.2.2 小天线的发展及研究现状
• 1.3 本文主要工作与章节安排
• 第二章 小天线技术基础
• 2.1 小天线分析方法
• 2.1.1 集总参数分析法
• 2.1.2 模式分析法
• 2.1.3 电流分布分析法
• 2.2 小天线主要形式
• 2.2.1 小环矩形天线
• 2.2.2 倒 L 天线
• 2.2.3 平面倒 F 天线
• 2.2.4 偶极子天线
• 2.3 小天线应用
• 2.3.1 手机天线
• 2.3.2 RFID 标签天线
• 2.3.3 蓝牙和 ZigBee 天线
• 2.3.4 其他天线
• 2.4 本章小结
• 第三章 手机终端多频双天线设计
• 3.1 引言
• 3.2 手机终端 PIFA 天线设计
• 3.2.1 设计要求
• 3.2.2 单天线基础建模
• 3.2.3 设计过程和参数选择
• 3.2.4 仿真结果与分析
• 3.3 双天线设计
• 3.3.1 手机双天线结构1
• 3.3.2 手机双天线结构2
• 3.3.3 手机双天线结构3
• 3.3.4 手机双天线结构4
• 3.3.5 各个结构比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 RFID 标签天线的测量
• 4.1 引言
• 4.2 测试架设计
• 4.2.1 测试架原理
• 4.2.2 测试架结构
• 4.3 测试架仿真与实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文