小型化宽频和双频微带天线的研究与设计

发布时间：2017-03-23 20:13

  本文关键词：小型化宽频和双频微带天线的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,无线通讯系统的快速发展,使得接收、发射无线信号的天线有了质的飞跃。在此发展历程中,天线的应用范围越来越广阔,例如智能家居系统;可穿戴无线通信设备;智能移动设备,以及无线通信用户数量的快速增长和不同通信频率范围被开发与使用。上述应用使天线研究不断向宽频,双频甚至多频段靠拢。同时便携式通信设备的发展,要求天线的体积能够尽可能的小。微带天线具有剖面低,体积小,容易集成和易实现多频等优点,是天线家族中至关重要的一员,成为目前研究的热点之一。然而微带天线带宽太窄,不能满足一些特定场合的使用,需要解决微带天线带宽窄和在不同频段使用的问题。基于微带天线带宽窄的缺点和容易实现双频的优点,本文研究和设计了两种小型宽频微带天线和两种双频微带天线。通过对微带天线的发展与国内外现状的研究,深入了解了微带天线的研究方法与设计思路。从微带天线的基本理论出发,阐述了分析微带天线的方法,对微带天线所涉及的基本参数,例如辐射参数,电参数等进行了讨论,对实现微带天线小型化、宽频化以及双频特性的一些常用方法进行了研究。针对目前使用较为广泛的无线局域网WLAN频段,设计了能够应用在此频段的宽频和双频微带天线,并运用高频电磁结构仿真软件HFSS15.0对天线进行仿真优化,对优化后的天线进行实物制作并测试。基于以上分析,本文提出了两种分别应用在WLAN不同频段的宽频微带天线:第一种通过对矩形贴片开槽和切角实现了一种小型宽频微带天线;第二种通过对E形天线加载短路墙的方法来减小天线尺寸,同时采用U形折叠接地板来增大其增益。两种天线分别工作于WLAN的2.45GHz频段和5GHz频段。运用HFSS软件对天线进行仿真优化,仿真结果表明:回波损耗小于-10dB的阻抗带宽分别为2.2864GHz~2.73GHz(443.6MHz,19%)和4.83GHz~6.92GHz(2090MHz,40%),仿真增益分别为7dB和4dB。针对WLAN频段的要求,本文设计了两种双频微带天线:第一种是在矩形贴片表面加载两个槽,使天线工作在两种不同谐振模式下,从而产生双频特性。仿真与测试结果表明:此微带天线工作于WLAN 2.45/5.8/5.5 GHz频段,低频和高频谐振频段小于-10dB阻抗带宽分别为14.69%(2.27~2.63GHz)和7.22%(5.47~5.88 GHz)。第二种通过加载寄生枝节的方式实现双频。仿真与测试结果表明:天线工作于WLAN 2.45/5.2/5.8 GHz和WiMAX2.5/3.3/5.5 GHz频段,阻抗带宽为2.33~2.69 GHz(360MHz,14.4%)和3.34~5.87 GHz(2530MHz,55%),具有较宽的频带。通过对这两类天线的仿真,以及对双频天线的测试,表明两类天线都能很好的应用于WLAN频段。
【关键词】：微带天线 小型宽频 双频 HFSS 带宽
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN822
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 微带天线的发展与国内外研究现状11-14
• 1.2.1 微带天线的发展11-12
• 1.2.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 本文的主要工作安排14-15
• 第二章 微带天线基础15-27
• 2.1. 微带天线基本理论15-18
• 2.1.1 微带天线简介15
• 2.1.2 微带天线的辐射机理15-16
• 2.1.3 微带天线的馈电方式16-18
• 2.2. 微带天线的分析方法18-19
• 2.2.1 传输线模型理论18
• 2.2.2 空腔模型理论18-19
• 2.2.3 全波分析理论19
• 2.3 微带天线的基本性能参数19-24
• 2.3.1 输入阻抗与驻波比19-20
• 2.3.2 天线的效率20
• 2.3.3 天线方向图20-21
• 2.3.4 天线的方向性系数D和增益G21-22
• 2.3.5 天线的极化22-23
• 2.3.6 天线的带宽23-24
• 2.4 微带天线的小型化技术24-25
• 2.5 微带天线的宽频技术25-26
• 2.6 微带天线的双频技术26
• 2.7 本章小结26-27
• 第三章 小型化宽频微带天线设计与仿真27-47
• 3.1 概述27
• 3.2 矩形微带贴片天线分析27-31
• 3.3 宽频U型切角天线31-38
• 3.3.1. 宽频U型切角天线结构31-32
• 3.3.2. 宽频U型切角天线设计与仿真32-33
• 3.3.3. 宽频U型切角天线仿真结果及分析33-38
• 3.4. 宽频E型天线38-46
• 3.4.1. 宽频E型天线结构38-40
• 3.4.2. 宽频E型天线的设计40-42
• 3.4.3. 宽频E型天线相关尺寸仿真结果分析42-44
• 3.4.4. 宽频E型天线仿真结果分析44-46
• 3.5. 本章小结46-47
• 第四章 小型化双频微带天线的设计与仿真47-65
• 4.1 概述47
• 4.2 U型双频微带天线47-55
• 4.2.1 双频U型天线的结构47-48
• 4.2.2 双频U型天线设计与仿真48-49
• 4.2.3 双频U型天线结构对天线参数的影响49-52
• 4.2.4 双频U型天线仿真与测试结果52-55
• 4.3 带有椭圆极子的双频微带天线55-63
• 4.3.1 椭圆极子双频天线的结构55-56
• 4.3.2 椭圆极子双频天线的设计与仿真56-57
• 4.3.3 椭圆极子双频天线结构尺寸对天线参数的影响57-60
• 4.3.4 椭圆极子双频天线仿真与测试结果60-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 总结65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和申请的专利73

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