平面印刷超宽带天线技术研究

发布时间：2017-12-15 05:16

  本文关键词：平面印刷超宽带天线技术研究

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【摘要】：超宽带通信技术作为窄带通信技术的补充,广泛应用于移动通信、雷达、遥感等领域,已经成为非常具有竞争力的热门技术。天线种类众多,结构各有不同,性能不一,但是它们的功能是一样的,都是用于接收和辐射电磁波。人们对通信业务的要求越来越高,对天线提出了许多新的要求,而现阶段的超宽带天线仍然存在着物理尺寸较大,宽带特性不够好等不足,因此本文针对小型平面印刷Vivaldi天线展开了研究,深入地研究展宽天线工作频带,改善定向辐射性能和获得陷波特性等方向。在前人研究基础上,提出了改善天线性能和获得陷波特性的新方法,达到了设计目的,获得了较好的成果。论文的主要研究工作如下:1、基于加载眼形槽结构改善Vivaldi天线性能技术研究提出了一个小型平面印刷超宽带Vivaldi天线,天线具有很好的定向辐射性能,而且天线尺寸很小,只有36 mm?36 mm。通过对Vivaldi天线表面电流分布仿真结果的分析得知,Vivaldi天线的旁瓣和后瓣主要由天线两辐射臂边缘的表面电流的辐射导致的。如果能够有效地减小该部分的表面电流,就可以抑制旁瓣和后瓣,改善天线的辐射特性,提高天线的定向性和增益。基于这个方法,创新地在两辐射臂中加载两对眼形槽,以期达到减小辐射臂表面电流的效果。采用PCB印刷工艺,加工了Type-B天线,并在SATIMO测试系统中测量,Type-B天线辐射方向图的前后比值(F/B)在整个UWB频段内都大于10 dB,并且实测的辐射效率在80%左右。由测试结果可得,Type-B天线能够工作在3-12.8 GHz频率范围内,相对带宽达到了124%,其工作频率能够覆盖整个UWB频率范围,而且Type-B天线获得了很好的增益,在3-12.8 GHz的工作频率范围增益取值范围是3.7-8.3dBi。天线的群时延非常平稳,在整个工作频段内的维持在1.2 ns左右,而且波动范围小于?0.5 ns,这证明该天线具有良好的时域特性。2、带陷波特性的超宽带Vivaldi天线技术研究提出了两个带陷波功能的平面印刷超宽带Vivaldi天线,所提出的Vivaldi天线都获得了能够覆盖整个UWB频段的阻抗带宽,而且能够成功地滤除WLAN频段,克服了超宽带频段与WLAN频段通信系统间的相互干扰。首先设计了一个物理尺寸为27.5 mm?13 mm的陷波平面印刷Vivaldi天线。然后通过在平面印刷Vivaldi天线的两个辐射臂上加载一对E形槽结构,此结构功能上相当于是一个谐振器,使表面电流主要聚焦在E形槽结构周围。为了验证设计的有效性,采用PCB印刷工艺,加工和测试了所设计的天线,根据测试数据可知,天线在VSWR小于等于2所定义的阻抗带宽为2.8-12 GHz,陷波带阻频段为4.8-5.9 GHz,增益在整个工作频率范围内呈现逐渐上升的趋势,然而在陷波带阻频率范围内,增益出现迅速减小。然后设计了一个物理尺寸为40 mm?40 mm的小型平面印刷Vivaldi天线,该Vivaldi天线具有很好的宽带特性和陷波特性。通过在共面波导中加载一个L形槽,其总长度大概是WLAN频段中心频率(5.5 GHz)所对应波长的1/4,它可以有效地抑制电磁能量的辐射,从而获得陷波带阻。为了验证设计的有效性,采用PCB印刷工艺,加工和测试了所设计的天线,根据测试数据可知,天线在VSWR小于等于2所定义的阻抗带宽为3.1-11.8 GHz,陷波带阻频段为5-5.9 GHz,增益在3.1-11.8 GHz工作频率范围内呈现逐渐上升的趋势,然而在陷波带阻频率范围内,增益出现迅速减小。天线在工作频段内具有平稳变化的群时延,大概在1.5ns左右,上下波动小于±1 ns。然而,在陷波带阻频率范围内,群时延急剧下降,在中心频率时,群时延波动最大,达到-2 ns。这些测试结果表明,天线在工作频段内具有良好的群时延时域特性,而且在陷波带阻频段内,群时延非常差,会导致波形的严重扭曲。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822.8

【参考文献】

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1 王中;赵玉清;娄志仁;;超宽带脉冲无线传输[J];交通科技与经济;2007年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李铂;多频带/超宽带平面印刷天线及连续切向节天线阵列研究[D];西安电子科技大学;2013年

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本文编号：1290748