新型超宽带微带天线的研究与设计

论文摘要

超宽带通信技术以其高速率、抗多径效应和低成本等一般窄带系统无法比拟的优势成为最具竞争力和发展前景的技术之一。作为系统的重要组成部分,超宽带天线的设计引起了越来越多的关注。与传统的宽带天线相比,超宽带天线的设计更具有挑战性,这是由于天线除了需要具有超宽的工作频带（3.1GHz-10.6GHz）,还要能够保持尺寸的紧凑,价格的低廉,并且易于与平面大规模电路集成。同时,由于在超宽带通信频段中还存在着一些窄带通信系统是使用的频段,因此,这就要求尽量避免潜在的电磁干扰。通过把天线与滤波器结合的方法,可以有效地减小无线电系统对滤波设备的需求。针对上述要求,本文旨在从理论上和实验上设计满足超宽带系统要求的各种超宽带天线,并讨论了改进天线性能、尺寸、拓宽带宽和产生阻带的各种方法。本文第一章简要介绍了超宽带通信技术和超宽带天线的研究背景和应用范围,回顾了超宽带天线的发展历史,并且说明了本文的主要工作。第二章主要讲述了超宽带天线的性能参数,主要包括辐射原理、带宽、馈电方式和阻带产生原理。此外,本章还介绍了超宽带天线的数值分析方法。第三章是本文的重点。首先,介绍了平面单极天线。其次,在阅读大量文献的基础上,总结了目前常见的超宽带阻带产生方法,并且设计了两个具有双阻带特性的微带平面单极超宽带天线。在微带馈电的桃形超宽带天线中,采用椭圆形接地板拓宽了天线的带宽,采用渐变线来匹配天线的阻抗,从而改善了天线的驻波,取得了明显的效果。在共面波导馈电的菱形结构单极天线中,采用微带加圆形过渡结构的方法增加了天线的阻抗带宽,通过优化天线的参数,设计了一种新颖的具有双阻带特性的超宽带平面单极天线。第四章设计了微带馈电和共面波导馈电的平面宽槽超宽带天线。采用阶梯式过渡微带拓宽了天线的阻抗带宽,分析了开槽大小对天线驻波的影响。开槽和馈电单元都采用了由椭圆和矩形构成的混合结构。这两种天线在实现小型化的同时,满足了FCC规定的超宽带标准。在本章的最后,采用寄生条带和贴片开槽的方法,实现了天线的双阻带特性。第五章总结了本文的主要工作和创新点,对未来的研究工作给予了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 超宽带天线的概念和特点
• 1.2 研究背景与意义
• 1.3 本文拟解决的问题
• 第二章 天线的分析方法
• 2.1 天线的重要参数
• 2.2 超宽带天线的设计目标
• 2.3 天线的数值分析方法
• 2.3.1 矩量法（MoM）
• 2.3.2 有限元法（FEM）
• 2.3.3 时域有限差分法（FDTD）
• 2.4 平面天线的馈电方式
• 2.4.1 微带式（Microstrip）馈电
• 2.4.2 共面波导式（Coplanar Waveguide）馈电
• 2.4.3 同轴（Coaxial）馈电
• 2.5 超宽带天线阻带技术
• 第三章 新型超宽带平面单极天线设计
• 3.1 微带馈电式双阻带超宽带单极天线设计实例
• 3.1.1 天线结构以及设计过程
• 3.1.2 阻带工作原理分析
• 3.1.3 天线的辐射特性
• 3.1.4 电场能量分布
• 3.2 共面波导馈电式设计实例
• 3.2.1 天线的结构及回波损耗分析
• 3.2.2 天线的辐射特性
• 3.2.3 电流分布
• 3.3 本章小结
• 第四章 超宽带平面宽槽天线设计
• 4.1 平面宽槽天线基本理论
• 4.2 宽槽天线发展概述
• 4.3 超宽带宽槽天线设计
• 4.3.1 微带馈电宽槽天线参数分析
• 4.3.2 共面波导馈电宽槽天线参数分析
• 4.3.3 两种天线辐射特性分析
• 4.3.4 微带馈电宽槽天线的阻带及增益对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 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