天线罩内宽带小型化天线的设计与优化

发布时间：2020-03-18 07:51

【摘要】：天线作为电子系统的前端组成部分,在整个系统中起着至关重要的作用。为了适应现代社会的飞速发展,研究如何能让天线在更宽的频率范围内达到更加稳定的电性能指标已经是无线系统的发展趋势。同时随着大规模集成电路的不断发展,天线的小型化设计显然具有十分重要的实际意义。另外,天线的稳定性和可靠性也都是很重要的性能指标,加载天线罩可以使天线免受环境的干扰,但天线罩会对天线的性能产生影响。因此,研究如何减小天线罩对天线的影响具有十分重要的实际应用。本文具体研究内容如下:(1)宽带小型化介质谐振器天线的设计与优化。依据谐振腔的辐射原理,本文采用了叠层结构的介质谐振器天线作为研究对象。通过使用特殊结构来实现单层宽带介质谐振器天线,并采用叠层结构、开空气孔的方法来实现宽带化以及高介电常数的介质壁来实现天线的小型化,最终天线的工作频带范围为4GHz~12GHz。将设计的天线单元组阵并放入天线罩内进行仿真,通过改变天线阵列的结构来进行优化设计,发现角度改变对天线的性能影响较大。(2)宽带小型化Vivaldi天线的设计与优化。依据非频变天线的设计原理,本文采用了异面结构的对踵Vivaldi天线作为研究对象。通过加载技术、优化天线形状结构以及特殊的介质基板等方法来设计了一款微带线馈电的Vivaldi天线,最终天线的工作频带范围为2GHz~18GHz。将设计的天线单元组阵并放入天线罩内进行仿真,通过改变天线阵列的结构来进行优化设计。对天线进行加工,测试结果与仿真相吻合。(3)超材料吸波体的设计与应用。由于天线罩对天线的性能产生影响,本文采用在天线罩内加载吸波材料来优化天线的方向图性能。首先,根据吸波原理采用多层结构,设计了一款宽带的超材料吸波体,其在7GHz~18GHz的频带范围内吸波率都达到了90%。其次,在天线罩内加入普通的ECC吸波材料进行仿真分析,发现在低频部分天线的性能得到优化,但超过9GHz的范围性能不佳。最后,将设计的超材料吸波体应用在高频范围,仿真发现天线的性能得到一定优化。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820

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本文编号：2588452