移动通信直放站微带贴片天线分析与设计

论文摘要

随着近年来移动通信的迅猛发展,用户对移动通信服务网络的质量要求也越来越高,全范围网络覆盖的重要意义日益突出。对于网络中不可避免出现的众多盲区,使用直放站成为解决该类问题的一种经济、有效的途径。由于直放站系统工作环境的要求,其系统的整体体积受到限制,因此对于直放站系统的天线也要求采用小体积天线。微带天线因其体积小的优点成为众多直放站系统天线的首选。频带窄是传统微带天线的一个显著缺点,近年来许多研究学者提出了很多种拓宽微带天线带宽的技术方法。其中,用L型探针馈电的微带贴片天线引起了很多关注。它在传统微带天线的基础上,通过简单地改变馈电方式达到拓宽微带天线带宽的目的。目前,采用L型探针馈电的微带贴片天线已经应用于很多现代无线通信系统当中。本论文主要研究了一种适用于室内移动通信直放站系统的微带贴片天线的设计。设计目标是在覆盖WLAN 2.4GHz频段的基础上,同时涵盖DCS、PCS、WCDMA等蜂窝移动通信频段,使天线能够应用于提供蜂窝移动通信与WLAN接入点的室内直放站。本文从天线的基本理论开始,介绍了微带天线的工作原理与分析方法。天线的设计以L型探针馈电的WLAN 2.4GHz单频微带天线为基础,利用在业内具有良好口碑的电磁场仿真软件(Ansoft HFSS)对天线结构参数进行了详细分析,优化天线结构,得出最佳设计参数。另外,在设计过程中,对天线结构提出了两点改进方案,运用时域有限差分法(FDTD)验证了改进方案的可行性。对其中的一款天线进行了实验模型加工,使用微波矢量网络分析仪进行了测试,并将测试结果与仿真结果进行对比分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 微带天线的发展
• 1.3 论文的主要工作和安排
• 第2章 微带天线基本理论
• 2.1 天线的基本电参数
• 2.1.1 天线的频带宽度
• 2.1.2 方向图与方向性系数
• 2.1.3 增益
• 2.1.4 极化
• 2.2 微带天线工作原理
• 2.2.1 微带天线的辐射机理
• 2.2.2 微带天线馈电方式的选择
• 2.2.3 微带天线的分析方法
• 2.3 时域有限差分法
• 2.3.1 FDTD方法的差分方程
• 2.3.2 FDTD方法的解的稳定性
• 2.3.3 FDTD的吸收边界条件
• 2.3.4 激励源的设置
• 2.4 微带天线的频带展宽
• 第3章 L型探针微带天线原理与分析
• 3.1 L型探针微带天线原理
• 3.2 L型探针微带天线设计
• 3.2.1 基板材料
• 3.2.2 贴片尺寸
• 3.2.3 L型探针WLAN单频天线的设计
• 3.3 L型探针微带天线结构参数的分析
• 3.3.1 辐射贴片的宽度砰对天线性能的影响
• 3.3.2 辐射贴片的长度L对天线性能的影响
• 3.3.3 辐射贴片距离金属底板的高度H对天线性能的影响
• v对天线性能的影响'>3.3.4 L型探针垂直部分高度L_v对天线性能的影响
• h对天线性能的影响'>3.3.5 L型探针水平部分长度L_h对天线性能的影响
• 3.3.6 L型探针馈电位置对天线性能的影响
• 第4章 WCDMA WLAN双频天线设计
• 4.1 直放站简介
• 4.2 天线设计
• 4.3 HFSS优化仿真
• 4.4 天线制作与测试
• 第5章 DCS WLAN双频天线设计
• 5.1 改进后天线结构
• 5.2 FDTD分析
• 5.3 HFSS优化仿真
• 第6章 微带馈电宽带贴片天线设计
• 6.1 天线模型
• 6.2 四分之一波长匹配变换器原理
• 6.3 天线优化与仿真
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历