新型超宽带天线的研究、设计和制作

论文摘要

随着超宽带通信系统的发展,对其中的重要组成成分之一的超宽带天线也提出了更高的要求,使之比传统天线的设计更具挑战性,主要表现在:天线除了需要具有超宽的工作频带(一般为3.1GHz—10.6GHz),还要能够保持尺寸的紧凑,重量的轻薄,并且易于与平面大规模电路集成。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,并讨论改进天线性能或尺寸的各种方法。在本文中,我们首先简要介绍了超宽带通信技术和超宽带天线的基本技术参数,并回顾了宽带、超宽带天线的发展历史。然对超宽带天线的各种数值计算方法做了介绍,包括有限元法和有限积分法等。之后,我们重点介绍单极子天线的设计计算方法和改进优化方式,并给出若干设计实例,进行数值仿真和实验的验证。在这一部分我们首先介绍了超宽带平面单极子天线的工作原理,基本结构,然后针对上述基本结构的不足,进行优化设计,给出若干设计实例;其次,针对上述平面单极子天线的体积、尺寸过于庞大的缺点,对具有共面结构的单极子天线进行了研究设计,给出了若干结构紧凑,易于与PCB电路集成的超宽带共面天线;最后,针对目前超宽带天线工作频谱非常广阔,易受到临近波段干扰的问题,结合目前引起广泛研究兴趣的新型人工电磁介质,设计了若干能够滤除一重和多重干扰波段的小型化,轻型化超宽带天线。由于采用了结构紧凑的SRR环,比之传统的采用尺寸为波长四分之一的slot结构的天线在保持整个天线小型化方面有着更大的优越性。在本文的最后,总结了本文的工作,并提出了今后课题的一些展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 超宽带通信技术概述
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 超宽带通信技术的相关定义和标准
• 1.1.3 超宽带通信技术的特性
• 1.1.4 小结
• 1.2 超宽带天线技术概述
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 天线的基本技术参数和测量
• 1.2.3 超宽带天线的基本技术要求和规格
• 1.2.4 超宽带天线的发展研究概况
• 1.3 本章小结和论文的内容安排
• 第2章 超宽带天线的若干数值计算方法
• 2.1 引言
• 2.2 有限元法的基本理论
• 2.3 有限积分法的基本理论
• 2.4 有限元法和有限积分法的比较
• 2.5 本章小结
• 第3章 超宽带平面单极子天线
• 3.1 引言
• 3.2 平面单极子天线
• 3.2.1 基本结构和变体结构
• 3.2.2 工作原理
• 3.3 平面单极子天线的设计和分析
• 3.3.1 结构示意图
• 3.3.2 设计和数值分析
• 3.3.3 仿真和实验结果
• 3.4 新型平面单极子天线的优化设计I
• 3.4.1 天线地面的减小
• 3.4.2 天线金属辐射体的简化
• 3.4.3 仿真和实验结果
• 3.5 新型平面单极子天线的优化设计II
• 3.5.1 两种改进方式及优化结构的实现
• 3.5.2 仿真和实验结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 超宽带共面单极子天线
• 4.1 引言
• 4.2 超宽带共面单极子天线
• 4.2.1 微带式和开槽式超宽带共面单极子天线
• 4.2.2 微带馈式和共面波导馈式超宽带共面单极子天线
• 4.2.3 结构示意图及仿真结果
• 4.2.4 优化设计
• 4.3 开槽式超宽带共面单极子天线的分析和优化设计
• 4.3.1 结构示意图
• 4.3.2 优化设计
• 4.3.3 实验和仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于新型人工电磁介质的具有滤除干扰频段功能的超宽带单极子天线
• 5.1 引言
• 5.2 新型人工电磁介质
• 5.2.1 基本原理
• 5.2.2 几种实现结构
• 5.3 基于新型左右手材料的具有滤除—重干扰频段功能的超宽带单极子天线
• 5.3.1 采用外加左右手结构的新型超宽带天线
• 5.3.2 采用内嵌式左右手结构的新型超宽带天线
• 5.4 基于新型左右手材料的具有滤除多重干扰频段功能的超宽带单极子天线
• 5.4.1 概述
• 5.4.2 采用内嵌式SRR环结构的新型超宽带天线
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 参考文献
• 博士在读期间发衰的论文，专利
• 致谢