宽带差分馈电微带滤波天线的设计与研究

发布时间：2020-09-11 22:58

　　随着无线通信技术的迅速发展,射频前端结构的数量和复杂度急剧增加,小型化、集成化、易加工等特性的多功能系统模块受到了广泛关注。天线与滤波器在无线通信系统中扮演着至关重要的角色,两者的尺寸大小、辐射效率和滤波效果会严重影响整个系统的工作状态。在传统的设计过程中,天线和滤波器往往是被单独设计的,然后通过传输线或者其他方式将两者进行级联,这种方式会导致两个器件之间的阻抗严重不匹配,而且无线通信系统射频前端整体的结构尺寸会很大,同时天线的损耗也会相应的增大。为了克服这些问题,能够同时实现辐射效果和滤波性能,且整体结构简单、紧凑、整体性能优良的滤波天线的研究受到了广泛关注。本文利用差分馈电技术,结合差分馈电天线低交叉极化、对称且稳定的方向图特性,对宽带微带滤波天线进行了研究,所做的主要工作内容由以下几个方面组成:1、首先,介绍了滤波天线的研究意义以及国内外的发展现状,同时对微带天线的理论知识进行了系统的整理和阐述,结合5G移动通信频段,设计了一款中心频率为4.9 GHz的宽带微带滤波天线,相比较其他天线,此天线的增益较高,并且滤波效果也很明显。2、其次,在前面工作的基础上,结合差分馈电技术提出了一款新型差分馈电微带滤波天线,由于采用了差分馈电技术,天线的辐射方向图更加对称,辐射方向图对称性及交叉极化得到明显改善。3、接着考虑到双极化天线在通信系统中可实现极化分集,增加通信容量的作用,所以又在差分滤波天线的基础上将其改进成了双极化的差分馈电宽带微带滤波天线,天线在水平极化和垂直极化方向上的带宽和增益基本一致。同时,天线采用差分馈电的形式,可实现较高的端口隔离度。4、最后,为了实现高增益的天线,将微带滤波天线设计成了 1×4的阵列形式,形成一款新的阵列天线,结果表明天线阵列的增益提高,并且具有良好的滤波特性。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN822
【部分图文】：

宽带差分馈电微带滤波天线的设计与研究

图１．１文献［１５］提出的滤波天线逡逑２００９年，ＪｉａｎｈｏｎｇＺｕｏ等人提出了另一种形式的级联滤波天线［２Ｇ］，如图１．２所示

天线,文献,谐振器

逡逑２００９年，Ｘｉｎｗｅｎ邋Ｃｈｅｎ等人提出了一款应用在现代无线通信系统中的紧凑型滤波天线［２２］，逡逑结构如图１．３所示。图１．３邋（ａ）为此款滤波天线的结构示意图，从图中可以看出该款天线主逡逑要是从一个二阶的巴特沃斯带通滤波器演变而来，它将一个具有缺陷地结构（ＤＧＳ）的扇形逡逑贴片当做了该滤波器的第二阶谐振器，以此让滤波器同时具有辐射的功能。该扇形贴片天线逡逑被当做辐射单元使用，同时又是巴特沃斯滤波器中的第二阶谐振器。从天线的整体的尺寸上逡逑来看，其结构明显要比级联的方式小的多。图１．３邋（ｂ）为该款天线的参数和增益分析图，逡逑从图中可以看出，与传统的天线相比，该滤波天线相对带宽为１８．７％，通带内增益平坦，最逡逑大增益为２．３邋ｄＢｉ，在３．０邋ＧＨｚ附近存在辐射零点，带外抑制度大于丨４邋ｄＢ，实现了滤波效果。逡逑图１．３邋（ｃ）为该天线在频率为２．４ＧＨｚ时的辐射方向图，从图中可以看到，天线Ｈ面交叉极逡逑化小于－２１邋ｄＢ。逡逑１４；逦１．５逦２．０逦Ｘ０逡逑２逦Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（ＧＨｚ）逡逑⑷逦（ｂ）逡逑４逡逑

天线,文献,贴片,贴片天线

图１．３文献［２２］提出的滤波天线逡逑２０１５年，Ｃｈｉｍｘｕ邋Ｍａｏ等人提出了一款由带通滤波器和贴片天线集成设计的耦合馈电微逡逑带滤波天线［２６］，如图１．４所示。图１．４邋（ａ）为该款天线的结构图，从图中可以看出，将发夹逡逑滤波器放在天线的馈电网络上形成滤波结构，贴片和发夹滤波器共用一个地板，接地板上的逡逑缝隙将馈电线上的电磁波耦合给上层的贴片，通过贴片进行辐射。这里可以通过修改接地板逡逑上的缝隙，包括缝隙的位置、尺寸以及形状等，来调整天线的阻抗匹配，图１．４邋（ｂ）为该天逡逑线的回波损耗曲线图，从图中可以发现在天线的工作频带内有两个谐振点，天线的中心频率逡逑为２．４ＧＨｚ，相对工作带宽为４．２％。图Ｌ４邋（ｃ）为该天线的增益曲线图，从图中可以看出，逡逑与传统的贴片天线相比，此款滤波天线带内增益平坦，最大增益为７．０邋ｄＢｉ，存在两个辐射零逡逑点，带外抑制度大于３７邋ｄＢ。逡逑；逦ｈ逦．里逡逑ｆｉｌｔｅｒ逦ｉ逦Ｚ逡逑＼邋／「＞逡逑——逡逑（ａ）逡逑５逡逑

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