高增益小型化对数周期天线的研究

发布时间：2017-04-07 10:20

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【摘要】：天线作为无线通信系统中用以接收和发射无线电波的元器件之一,其性能的优劣将直接影响到整个通信系统的通信质量。近年来,基于人们对通信系统中信道容量、信息传输速率、能量辐射效率的要求,宽频带、小型化和高增益天线研究的重要性日益突出。对数周期偶极子天线(Log-Periodic Dipole Antenna, LPDA)是20世纪50年代发展起来的非频变天线当中的一员。结构简单、性能优良以及本身所固有的宽频带特性使它得到了广泛的应用。所以,对LPDA的小型化和高增益特性进行研究有着非常重要的现实意义和应用前景。由于微带LPDA与LPDA在工作原理上的相似性,所以论文通过对LPDA的工作原理和结构尺寸进行分析,实现从LPDA到微带LPDA的理论过渡。首先,根据LPDA的参数修正设计了一款工作于1.5～6GHz的常规微带对数周期天线。然后,通过对天线振子的折叠、振子的顶端加载以及倾斜偶极子的方法设计了两款工作于1.5～6GHz的小型化微带对数周期天线,这两款天线在结构尺寸上有了很大的改善,实现了微带LPDA小型化的设计目标。对于LPDA的高增益要求,论文是通过组阵的方式来实现的。为此,本文在Wilkinson功分器和阻抗变换器的基本工作原理上,采用多节阻抗变换器级联的方法来拓展功分器的工作带宽,并运用ADS2008仿真软件设计了一款工作于1.5～6GHz的宽带Wilkinson功分器。论文通过HFSS13.0和ADS2008两款仿真软件对对数周期天线和Wilkinson功分器进行仿真设计,并根据仿真结果进行相关实物的加工和测试,仿真和测试结果表明,在频带范围内,常规微带LPDA和两款小型化微带LPDA的增益均在5dBi以上,与常规微带LPDA相比两款小型化微带对数周期天线的横向尺寸分别缩小了29.86%和35.86%；天线阵的增益也达到了10dBi以上,以上指标基本满足了天线的设计要求。
【关键词】：对数周期天线 超宽带功分器 天线阵 小型化
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN821.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外发展及研究现状11-13
• 1.3 论文主要研究内容及章节安排13-16
• 第2章 对数周期天线的基本知识16-28
• 2.1 非频变天线16
• 2.2 对数周期天线的分析16-21
• 2.2.1 对数周期天线的结构16-19
• 2.2.2 对数周期偶极子天线的工作原理19-21
• 2.3 对数周期天线的电气特性21-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 小型化微带对数周期天线的设计与制作28-54
• 3.1 微带对数周期天线的参数修正28-29
• 3.1.1 天线振子长度的修正28-29
• 3.1.2 天线振子间距的修正29
• 3.1.3 天线振子宽度的修正29
• 3.2 常规微带对数周期天线的设计29-35
• 3.2.1 对数周期天线的设计步骤30-31
• 3.2.2 常规微带对数周期天线的仿真设计31-35
• 3.3 基于弯折与顶端加载小型化对数周期天线的设计35-40
• 3.3.1 基于弯折与顶端加载对数周期天线的小型化分析35
• 3.3.2 基于弯折与顶端加载小型化对数周期天线的仿真设计35-40
• 3.4 基于弯折与倾斜偶极子小型化对数周期天线的设计40-45
• 3.4.1 基于弯折与倾斜偶极子对数周期天线的小型化分析40
• 3.4.2 基于弯折与倾斜偶极子小型化对数周期天线的仿真设计40-45
• 3.5 基于弯折与倾斜偶极子小型化对数周期天线的加工与测试45-52
• 3.6 本章小结52-54
• 第4章 微带对数周期天线阵的设计与制作54-76
• 4.1 引言54
• 4.2 宽频带Wilkinson功分器的设计54-62
• 4.2.1 Wilkinson功分器的基本指标54-55
• 4.2.2 Wilkinson功分器的基本理论55-57
• 4.2.3 Wilkinson功分器的宽频带特性57-58
• 4.2.4 1.5～6GHz宽频带Wilkinson功分器的设计58-62
• 4.3 微带对数周期天线阵的设计与制作62-68
• 4.3.1 均匀直线天线阵的基本理论62-64
• 4.3.2 1.5～6GHz微带对数周期天线阵的设计64-68
• 4.4 微带对数周期天线阵的加工与测试68-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第5章 总结和展望76-78
• 5.1 总结76
• 5.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 作者简介84

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