面向无线通信的宽带和多频段天线关键技术研究

发布时间：2020-03-22 18:55

【摘要】：随着无线通信技术的快速发展,信息的传递变的非常快捷。在无线传输中,天线成为无线通信系统中不可或缺的一部分,性能的好坏将直接影响着整个系统。信息传递的过程中要求的高速率、大容量、低延迟,对于天线的设计提出了更高的要求。针对无线通信系统对天线提出的新要求,本文主要开展了宽带天线、多频段天线、双极化天线以及可重构天线的研究。主要研究内容分为以下几个部分:(1)基于耦合原理,设计了三款宽带天线。第一款为宽带全向天线,以平面微带单极子天线为载体,通过加载两片不同的寄生辐射贴片来调节天线的阻抗匹配,设计了宽带全向天线,测试相对带宽为69.3%(2.66-5.48 GHz,S11-10 dB)。第二款也为宽带全向天线,通过直接在微带馈线上加载周期性辐射单元而设计成。在满足S11-10dB情况下,其测试的相对带宽为61.1%(2.16-4.06 GHz),而且在工作带宽内天线具有稳定的全向辐射特性。第三款为结合八木天线原理设计的宽带定向天线。通过级联三个反射器,设计了一款不需要引向器的宽带准八木天线,实现了天线的小型化,其测试的相对带宽为83.8%(2.21-5.4 GHz),在有效的带宽内天线测试的辐射效率保持在32%以上。(2)基于多模式谐振原理,设计了三款不同应用场景的天线。第一款天线基于TM20模式设计而成,其具有双波束辐射特性。在5.8 GHz时,测试天线的最大增益和辐射效率分别为6.11 dBi和71%。天线结构简单,易于集成,满足现代智能无线通信系统需求。第二款天线基于TM02和TM12两种模式协同工作而设计。在第一谐振频点和第二谐振点处,辐射特性并不相同,分别呈现出双向辐射特性和交叉双向辐射特性。第三款多频段天线的实现是基于贴片天线和缝隙天线多模协同工作产生的。(3)基于正交模式原理,设计了两款天线。首先通过特征模理论分析矩形辐射贴片在4.5-6 GHz可以激发的谐振模式,然后利用所需的正交模式来设计天线。一款为双极化天线,具有双波束辐射特性。另外一款为双功能的天线。在5.2 GHz和5.8 GHz时,分别可以作为垂直极化天线和水平极化天线使用。两款天线的体积均为66.4×65×1 mm3,单层介质基板制作而成,共面波导馈电,具有易于集成,设计灵活等优点,满足无线通信系统需求。(4)基于辐射场原理,设计了两款特定场景应用的频率可重构天线。一款为频率可重构天线,具有双向辐射特性,适合地下通道、地铁隧道、矿井等狭长区域环境中应用。天线的尺寸为46×34.3×1 mm3,在三个谐振频点(5.2 GHz、5.31 GHz和5.44 GHz)处,天线的仿真最大增益分别为3.49 dBi、3.06 dBi和2.47 dBi。另外一款为带宽可重构天线,具有全向辐射特性,覆盖频段可以从1.64-2.24 GHz变化到 1.65-2.68 GHz。
【图文】：

阻抗带宽,探针耦合,探针馈电,馈电

方面介绍国内外研究现状。逡逑（１）改变辐射单元扩展带宽逡逑如图１－１邋（ａ）所示，文献［１２］为一款共面波导馈电的宽带单极子天线。当在介逡逑质基板的背面加载两个开口谐振环时，天线－１０邋ｄＢ阻抗带宽为３．８７－７．６３邋ＧＨｚ，逡逑相对带宽为８０％。在文献［１８］中设计了一款全金属的单极子天线。通过在金属辐逡逑射贴片两侧加载对称两个矩形金属，天线的带宽被扩展，，－１０邋ｄＢ的阻抗带宽为逡逑２．９－１６．７邋ＧＨｚ。在文献［１９］里面，华南理工大学的褚庆昕教授和罗宇博士提出了逡逑２逡逑

馈电结构,巴伦,宽带,天线

方面介绍国内外研究现状。逡逑（１）改变辐射单元扩展带宽逡逑如图１－１邋（ａ）所示，文献［１２］为一款共面波导馈电的宽带单极子天线。当在介逡逑质基板的背面加载两个开口谐振环时，天线－１０邋ｄＢ阻抗带宽为３．８７－７．６３邋ＧＨｚ，逡逑相对带宽为８０％。在文献［１８］中设计了一款全金属的单极子天线。通过在金属辐逡逑射贴片两侧加载对称两个矩形金属，天线的带宽被扩展，－１０邋ｄＢ的阻抗带宽为逡逑２．９－１６．７邋ＧＨｚ。在文献［１９］里面，华南理工大学的褚庆昕教授和罗宇博士提出了逡逑２逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN828

【相似文献】