微带天线在无线通信中的研究与设计

论文摘要

随着无线通信技术的高速发展，频谱资源变得越来越紧张，为了满足用户数量的快速增长，提出了宽频带、多频段的解决方案。因此对应用于无线通信系统的天线提出了宽频带、多频段、小型化的要求。微带天线凭借其剖面薄、重量轻、体积小、易集成等优点，在无线通信系统中被广泛的应用。本文将在研究单频微带天线的基础上对如何实现微带天线的双频段工作进行研究。本文可以分为三个部分。第一部分包括第一章第二章，主要概括了微带天线研究背景和意义，微带天线的工作原理和分析方法。第二部分即第三章通过理论分析，设计了三种单频段微带天线。第三部分即第四章总结了微带天线实现双频的方法，并设计提出了几种结构新颖的双频微带天线。论文首先介绍了微带天线的研究背景及意义，研究了微带天线的工作原理，并对微带天线的分析方法空腔模型法、有限时域差分法进行了系统的研究。通过研究加深了对微带天线工作原理的理解。接着本文通过使用传输线模型法分析设计了工作在2.4GHz矩形微带天线、2.4GHz的倒F天线及900MHz的PIFA天线，并利用现阶段流行的HFSS射频仿真软件进行了仿真。利用HFSS软件仿真验证了天线各个结构参数对微带天线辐射特性的影响。最后本文详细介绍了目前微带天线实现双频工作的几种方法，针对PIFA天线的双频工作，提出了多种新颖的设计方案，由于设计原理相同，只列出了其中一个方案的详细设计方法，该方案是通过对PIFA天线进行开U形槽处理来实现双频工作，经过仿真验证，天线工作在GSM900和DCS1800两个频段，谐振频率低频部分为900MHz高频部分为1800MHz，相对带宽分别为24.5%和7.89%，满足了设计需求。设计了一种应用于WLAN的双频微带单极子天线。天线的谐振频率低频部分为2.45GHz高频部分为5.42GHz，相对带宽分别为25%和40.4%。经过优化分析所设计的天线符合了设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 本文主要研究内容及章节安排
• 2 微带天线的基本理论
• 2.1 概述
• 2.1.1 微带天线的定义及优缺点
• 2.1.2 微带天线的基本结构
• 2.1.3 微带天线的分类
• 2.1.4 微带天线的辐射原理
• 2.1.5 微带天线的馈电方式
• 2.2 微带天线的分析方法
• 2.2.1 空腔模型理论
• 2.2.2 时域有限差分法
• 2.2.3 吸收边界条件
• 2.3 小结
• 3 单频微带天线设计
• 3.1 ANSOFT HFSS 介绍
• 3.2 矩形微带天线设计
• 3.2.1 传输线法分析矩形天线
• 3.2.2 2.4GHz 矩形微带天线理论设计
• 3.2.3 矩形微带天线仿真
• 3.3 IFA 天线设计
• 3.3.1 IFA 天线天线结构分析
• 3.3.2 倒 F 天线仿真
• 3.4 PIFA 天线设计
• 3.4.1 PIFA 天线结构分析
• 3.4.2 2.4GHz PIFA 天线尺寸设计
• 3.4.3 PIFA 天线仿真
• 3.5 小结
• 4 双频微带天线设计
• 4.1 双频微带天线的实现方法
• 4.1.1 单片多模法实现天线双频工作
• 4.1.2 多片法实现天线双频工作
• 4.1.3 电抗加载法实现天线双频工作
• 4.2 基于 GSM 900 和 DCS 1800 的双频 PIFA 天线设计
• 4.2.1 天线结构分析
• 4.2.2 双频 PIFA 天线仿真
• 4.3 基于 WLAN 的双频微带单极子天线设计
• 4.3.1 天线结构分析
• 4.3.2 基于 WLAN 的双频微带单极子天线仿真
• 4.4 小结
• 5 总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 工作研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的文章
• 致谢