双频段介质谐振器天线设计

论文摘要

介质谐振器天线由于高效率,馈电形式多样化,低成本,天线结构简单等优点,使其在微波毫米波雷达和无线通信系统等诸多领域显示出潜在的应用价值。本论文主要设计了双频段单极化介质谐振器天线和双频段双极化介质谐振器天线,主要工作可概括为:1.首先设计了一种加载金属条带的双频段单极化介质谐振器天线。通过加载金属条带,利用寄生矩形金属条带实现双频中高频部分的谐振。该天线虽然实现了双频段阻抗特性,但是天线高频辐射方向图发生裂瓣。为了改善天线辐射特性并简化结构,在原有天线基础上设计了一种双模工作介质谐振器天线,利用天线不同模式实现双频工作。通过优化天线尺寸,实现了较高的单馈点频率比(FR),并且采用介质谐振器的外表面和探针之间加载一金属片的方法提高了耦合度,改善了阻抗匹配特性。通过分析各个谐振模式上的电场矢量的分布,研究了天线谐振的工作原理和辐射特性。根据设计和仿真结果,实际制作了天线模型并进行了实验测试。测试结果表明,该天线具有较好的双频阻抗特性和辐射特性。2.设计了一种新型双频段双极化介质谐振器天线。矩形介质谐振器长宽方向尺寸不同导致其谐振主模的频率不同。通过对矩形介质谐振器两个不同方向馈电,实现了天线的双频双极化特性。通过优化加载在探针上的金属微带的尺寸实现了两个极化频率较好的阻抗匹配。采用Ansoft HFSS软件对天线进行了仿真分析与设计,根据设计结果制作了天线实物,并对其进行了实验测试。测试结果表明,该双频段双极化介质谐振器天线具有较好的辐射特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 介质谐振器的研究现状
• 1.2.2 双频段介质谐振器天线的研究现状
• 1.3 论文的主要工作和内容安排
• 第二章 介质谐振器天线的基本理论概述
• 2.1 天线的基本概念和基本原理
• 2.1.1 阻抗带宽
• 2.1.2 辐射方向图
• 2.1.3 方向系数
• 2.1.4 效率和增益
• 2.2 介质谐振器工作原理
• 2.3 介质谐振器的基本参数
• 2.3.1 介电常数ε
• 2.3.2 品质因数Q
• 0'>2.3.3 谐振波长λ₀
• 2.4 介质谐振器频率特性的理论分析
• 2.4.1 矩形介质谐振器天线的理论分析
• 2.4.2 圆柱形介质谐振器天线与磁壁法
• 2.4.3 半球形介质谐振器天线与格林函数法
• 2.4.4 介质基片对介质谐振器的影响
• 2.5 介质谐振器天线的馈电方式
• 2.5.1 微带-槽耦合馈电
• 2.5.2 微带线直接耦合馈电
• 2.5.3 同轴探针馈电
• 2.5.4 共面波导馈电
• 第三章 双频段介质谐振器天线的设计
• 3.1 Ansoft HFSS 高频电磁仿真软件
• 3.1.1 HFSS 仿真软件简介
• 3.1.2 HFSS 优化仿真天线
• 3.2 加载矩形贴片实现双频段
• 3.2.1 天线的结构
• 3.2.2 天线的设计
• 3.2.3 参数分析与讨论
• 3.3 探针直接馈电实现双频
• 3.3.1 天线的结构
• 3.3.2 参数分析与讨论
• 3.3.3 介质谐振器天线的实验验证
• 3.4 本章小结
• 第四章 双频段双极化介质谐振器天线设计
• 4.1 引言
• 4.2 双频段双极化介质谐振器天线设计
• 4.2.1 天线的基本结构
• 4.2.2 参数分析与讨论
• 4.2.3 介质谐振器天线实验验证
• 4.3 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果