应用于移动设备的分形天线的研究与设计

论文摘要

近几十年来,通信技术特别是无线通信技术发展日新月异,各种通信设备不断出现,越来越朝着小型化,复杂化发展,这就对天线设计提出了越来越高的要求。主要包括天线的小型化和多频段。多频段天线可以有效滤除不需要频率的信号,防止出现干扰,更好地接收信号,有利于电磁兼容性。实现天线小型化和多频特性的方法有很多,用于移动设备的小型化天线,主要是PIFA天线、平面单极子天线、微带天线等等。他们都各有其的优缺点,本文将主要研究工作频段为GSM和WCDMA手机天线和WLAN/WiMAX系统的天线,采用分形结构来实现移动天线更小的电尺寸和多频带特性。本文共分三个部分来讨论,第一部分首先对微波暗室的测量原理以及移动设备天线在微波暗室中的测量指标进行叙述,结合测试实习工作,通过实际测量来说明微波暗室的测量原理和天线的性能指标的测量。第二部分在一种Hilbert分形曲线结构天线原型的基础上,改进了一款可用于GSM及WCDMA手机的多频分形天线,利用了PIFA天线的馈电结构,在天线走线上采用了Hilbert分形曲线结构,并加入适当的辅助结构来调整天线的带宽和谐振频段位置,覆盖了GSM的所有频段和WCDMA频段。之后在Sierpinski三角分形结构的基础上,将Sierpinski分形结构与共面波导馈电方式相结合,提出了一款WLAN/WiMAX分形天线。这两款天线通过微波暗室的测试后发现,均实现了较宽的阻抗匹配频带,具有理想的天线工作性能。最后一部分讨论天线的阻抗匹配问题,借助史密斯圆图对天线输入端的阻抗匹配网络进行设计和描述,得到了比较理想的结果。本文为移动设备的分形天线设计提出了一些有益的尝试。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 分形天线国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容和结构
• 第二章 分形天线的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 分形维数
• 2.3 天线设计中常用的分形几何结构及其迭代规则
• 2.3.1 基于Sierpinski 三角的天线形式
• 2.3.2 Hilbert 分形曲线天线
• 2.4 本章小结
• 第三章 微波暗室的结构与测量原理
• 3.1 微波暗室的分类
• 3.2 微波暗室的主要电性能
• 3.3 电磁屏蔽与吸波材料的工作原理
• 3.3.1 电磁屏蔽的原理
• 3.3.2 吸波材料的吸波原理
• 3.4 微波暗室的实习总结
• 3.4.1 无线辐射中心微波暗室简介
• 3.4.2 天线增益和效率测量
• 3.4.3 GPS 圆极化天线的轴比测量
• 3.4.4 常规天线无源测试
• 3.4.5 OTA 测试
• 3.5 本章小结
• 第四章 用于移动设备的分形天线设计研究
• 4.1 移动设备的天线发展过程
• 4.2 用于手机通信的分形天线
• 4.2.1 Hilbert 分形结构天线
• 4.2.2 Hilbert 分形手机天线设计与分析
• 4.2.3 Hilbert 分形手机天线优化改进
• 4.2.4 Hilbert 分形天线的实物制作和测试结果比较
• 4.3 用于WLAN/WiMAX 无线数据通信设备的分形天线设计
• 4.3.1 WLAN/WiMAX 天线的基本参数
• 4.3.2 基于Sierpinski 分型结构的WLAN/WiMAX 天线
• 4.3.3 用于WLAN/WiMAX 的Sierpinski 类分形结构天线设计优化
• 4.3.4 实测结果与仿真结果的比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 移动设备天线的阻抗匹配网络设计
• 5.1 匹配网络的设计
• 5.2 Smith 圆图的原理
• 5.3 手机天线匹配网络形式
• 5.4 待优化天线及优化过程
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 对后期工作的展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢