新型微带天线的研究

论文摘要

随着无线通信技术的不断发展,无线通信设备开始朝着低成本、小型化和宽频带方向发展。天线作为无线通信系统的门户,将对无线通信系统的性能产生最直接的影响。微带天线由于具有成本低、体积小、重量轻、剖面低、易加工、易与飞行器共形等诸多优点,已得到广泛应用。但是对于不同的通信系统,微带天线的技术指标要求是不一样的。因此,针对特定通信系统的要求,研究相应的新型微带天线具有重要的意义。本论文在国家863计划等项目的资助下,针对机载多模卫星导航、便携式UHFRFID读写器和地面数字电视发射系统三种不同的应用场合,提出了三种新型微带天线结构,并采用理论分析、数值仿真和实验验证的方式对它们进行了研究。首先,提出了一种机载多模卫星导航微带天线。该天线采用叠层微带天线结构实现双频带工作;采用近耦合探针馈电方式实现良好的输入匹配;采用高介电常数的介质基板包围辐射贴片的方法提高低仰角增益;采用宽带正交馈电网络对叠层微带天线进行馈电实现RHCP接收;采用半波长微带线左右并联不等长开路和短路微带线的宽带90°相移器结构提高相移器的加工容差能力。实验结果表明,该天线具有回波损耗小、波束宽、低仰角增益高等优点。然后,提出了一种应用于便携式UHF RFID读写器的微带天线。该天线采用切角正方形贴片中间开槽和天线四周围绕垂直地板的结构形式,实现了天线的圆极化、小型化和高增益;同时采用了一种新型的电容性耦合馈电结构,减少了由馈电探针引起的交叉极化和实现了良好的输入匹配。实验结果表明,该天线具有体积小、成本低、圆极化性能好、波束宽、低仰角增益高等优点。最后,提出了一种应用于地面数字电视发射系统的微带天线。该天线采用铝板叠层配置提高天线阻抗宽带;下层板加载开路短截线,通过调整开路短截线的尺寸可调节输入阻抗;采用伴随灵敏度分析和基于梯度的优化方法,将微带天线电压驻波比小于1.1的相对带宽提高到7.6%,首次将微带天线应用于地面数字电视发射系统中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外研究现状
• 1.1.1 卫星导航接收天线
• 1.1.2 UHF RFID读写器天线
• 1.1.3 地面数字电视发射天线
• 1.2 本文的研究内容及创新性
• 第2章 分析和优化微带天线的基本理论
• 2.1 传输线模型理论
• 2.2 空腔模型理论
• 2.2.1 内场
• 2.2.2 输入阻抗及等效电路
• 2.3 伴随灵敏度分析
• 2.3.1 伴随求解公式
• 2.3.2 计算系统矩阵的导数
• 2.4 基于梯度的优化
• 2.4.1 目标函数
• 2.4.2 自适应步长的线搜索法
• 2.5 本章小结
• 第3章 机载多模卫星导航微带天线
• 3.1 引言
• 3.2 机载多模卫星导航微带天线的技术指标及其设计思路
• 3.3 机载多模卫星导航叠层微带天线的设计与仿真
• 3.4 机载多模卫星导航微带天线馈电网络的设计与仿真
• 3.4.1 宽带90°相移器的设计与优化仿真
• 3.4.2 Wilkinson功分器和宽带90°相移器组合馈电网络的设计
• 3.5 机载多模卫星导航微带天线的加工与测试结果
• 3.5.1 机载多模卫星导航微带天线的加工
• 3.5.2 机载多模卫星导航微带天线的性能与分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 便携式UH FRFID读写器微带天线
• 4.1 引言
• 4.2 微带天线的小型化技术
• 4.2.1 提高介电常数
• 4.2.2 天线开槽
• 4.2.3 增加分布电容
• 4.3 便携式UHF RFID读写器天线的技术指标及微带天线设计思路
• 4.4 便携式UHF RFID读写器微带天线的设计与仿真
• 4.4.1 天线的等效电路图
• 4.4.2 天线尺寸的确定
• 4.4.3 天线的仿真结果
• 4.5 便携式UHF RFID读写器微带天线的加工与测试结果
• 4.6 本章小结
• 第5章 地面数字电视发射系统微带天线
• 5.1 引言
• 5.2 微带天线的宽频带技术
• 5.2.1 采用特殊的介质材料
• 5.2.2 双层、多层贴片结构
• 5.3 地面数字电视发射天线的技术指标及微带天线设计方案
• 5.4 地面数字电视发射系统微带天线的设计与仿真
• 5.4.1 空气介质厚度的确定
• 5.4.2 矩形板初始尺寸的确定
• 5.4.3 开路短截线初始尺寸的确定
• 5.4.4 天线尺寸的优化
• 5.4.5 天线的仿真结果
• 5.5 地面数字电视发射系统微带天线的加工与测试结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结及主要贡献
• 6.2 下一步研究的方向
• 参考文献
• 攻读学位期间发表与投递的论文
• 攻读学位期间申请的专利
• 攻读学位期间参与的科研活动及奖励
• 致谢
• 研究生履历