小型化平面印刷超宽带天线设计

发布时间：2017-10-12 20:10

  本文关键词：小型化平面印刷超宽带天线设计

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【摘要】：自2002年美国联邦通信委员会把3.1GHz-10.6GHz频段分配给商用UWB通信系统以来,UWB无线技术以其高传输率、低发射功率、抗干扰能力强等优点在短距高速无线通信中发挥巨大的作用。基于UWB通信技术的优点,研究设计符合要求的UWB天线成为通信界近几年的热点问题和研究方向之一。UWB天线设计面临的难题主要表现在以下几个方面:辐射单元小型化、低相关UWB分集天线、陷波特性天线。本文针对这三方面分别设计了适用于UWB移动通信系统的多款超宽带天线,文中所有仿真数据均采用电磁仿真软件Ansoft HFSS 15.0,实测数据均采用Agilent N5230 20GHz网络分析仪。本文的具体研究下面给出。考虑到微波电路的集成化需求,天线小型化成为UWB天线设计的重要指标之一。因此,本文首先提出了两种实现天线小型化的方法,一种是利用在地板上加载非对称枝节的方法,一种采用非对称共面带线ACS结构对原型天线裁半的方法。设计两款结构简单尺寸紧凑的UWB天线A1和A2,其中A2是A1非对称切半得到,通过优化地板枝节结构和微带馈电线宽度来调节因切半引起的阻抗不匹配,A2天线整体尺寸比A1缩减了45%。实测结果表明,天线的回波损耗和电压驻波比与仿真数据吻合,均能在实现小型化的同时获得良好UWB性能。由于UWB系统传输功率低,更容易受到多径衰落的影响。为了解决这一问题,MIMO技术被引入到UWB天线设计中,在改善链路质量的同时提升信道容量。UWB-MIMO天线设计一大难点是如何在有限空间内降低天线单元之间相关性。针对这一难点,在先前设计两款小型化UWB天线单元的基础上,设计了三款隔离度高相关性低的UWB-MIMO天线MA1、MA2和MA3,其中MA1通过正交放置天线单元来获得高隔离度;MA2和MA3通过在天线间添加解耦合结构:枝节和地板开缝有效实现低相关性,并进一步对实现解耦结构的参数分析优化。实测结果表明,所设计三款UWB-MIMO天线的实测与仿真数据吻合,能够很好在3.1GHz-10.6GHz频段内实现回波损耗S11(或S22)-10d B、隔离度S12(或S21)-15dB,而三款天线两个辐射单元间的相关系数在整个UWB频段内0.15ECC?(27),尺寸小且相关性低适合手持设备。在非对称共面带线馈电UWB天线A2基础上,通过添加C形和L形陷波结构的金属条带,设计一款具有双陷波特性UWB天线,分别滤除WiMAX(3.3GHz 3.7 GHz)和WLAN(5.15GHz 5.825 GHz)频段,并对陷波结构优化,通过仿真验证所设计的天线具有良好的带内反射特性。
【关键词】：超宽带 小型化天线 多输入多输出 超宽带分集天线 陷波特性
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-17
• 第一章 绪论17-25
• 1.1 研究背景与意义17-19
• 1.2 UWB技术发展历史与现状19-22
• 1.2.1 印刷UWB天线研究现状19-22
• 1.2.2 UWB-MIMO天线研究现状22
• 1.3 论文主要工作与研究内容22-25
• 1.3.1 主要工作23
• 1.3.2 研究内容23-25
• 第二章 超宽带天线理论分析25-37
• 2.1 天线性能参数25-28
• 2.2 超宽带技术概述28-30
• 2.2.1 超宽带定义28-29
• 2.2.2 超宽带技术优势29-30
• 2.3 印刷单极子超宽带天线30-33
• 2.3.1 馈电结构分析30-31
• 2.3.2 超宽带特性实现原理31-33
• 2.4 分析天线的方法与仿真工具33-35
• 2.5 超宽带天线设计要求35-37
• 第三章 小型化UWB天线设计37-53
• 3.1 引言37
• 3.2 加载非对称枝节的UWB天线37-44
• 3.2.1 天线模型分析设计38-39
• 3.2.2 天线参数分析与结构优化39-42
• 3.2.3 辐射性能参数仿真与实测分析42-44
• 3.3 基于裁半ACS结构的UWB天线44-52
• 3.3.1 非对称共面带线ACS技术44-46
• 3.3.2 天线模型分析设计46-48
• 3.3.3 天线参数分析与结构优化48-50
• 3.3.4 辐射性能参数仿真分析50-52
• 3.4 本章小节52-53
• 第四章 UWB-MIMO天线设计53-65
• 4.1 引言53
• 4.2 MIMO天线理论53-56
• 4.2.1 MIMO技术原理53-55
• 4.2.2 天线单元间耦合分析55-56
• 4.3 采用不同解耦技术的分集天线56-61
• 4.3.1 垂直放置天线单元的MIMO天线56-58
• 4.3.2 加枝节缝隙的对称MIMO天线58-60
• 4.3.3 加枝节缝隙的非对称MIMO天线60-61
• 4.4 三种UWB-MIMO天线对比61-63
• 4.4.1 隔离度对比分析61-62
• 4.4.2 相关系数对比分析62-63
• 4.5 本章小节63-65
• 第五章 具有陷波特性的UWB天线设计65-77
• 5.1 引言65
• 5.2 实现阻带特性技术65-66
• 5.2.1 狭槽缝隙陷波65-66
• 5.2.2 平面枝节陷波66
• 5.3 单陷波UWB天线66-71
• 5.3.1 天线结构和设计分析66-67
• 5.3.2 天线参数分析67-70
• 5.3.3 天线性能仿真70-71
• 5.4 双陷波UWB天线71-75
• 5.4.1 天线结构和设计分析71-72
• 5.4.2 天线参数分析72-73
• 5.4.3 天线性能仿真73-75
• 5.5 本章小节75-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 作者简介85-86

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本文编号：1020663