宽带天线和轨道角动量天线技术研究
发布时间：2021-06-27 07:15
随着现代社会的快速发展,无线通信在日常生活和工作中起到重要作用,通信容量大小和质量高低直接影响着用户体验。宽带技术作为可提升信道容量的重要手段受到广泛关注和深入研究,而现代无线通信中对宽带天线的工作带宽、辐射特性与结构尺寸都提出了很高的要求。本文从研究宽带单天线出发,拓展到宽带多输入多输出天线（MIMO）及阵列天线,并与陷波/多频/分集复用技术相结合,设计出了一系列具有小型化特性的宽带天线。此外,模分复用的轨道角动量（OAM）天线作为无线通信领域中一个新的研究热点,在本文中也进行了详细的论述与研究。这两部分内容取得的成果包括以下几点:1.对小型化印刷宽带多频天线研究,设计了三款应用于不同通信系统的宽带天线。利用在半圆环辐射体上加载U型谐振器,能够引入“新谐振点”与“并联谐振”来间接和直接地产生阻带,从而提出对5.2/5.8 GHz无线局域网（WLAN）和3.5/5.5 GHz全球微波互联接入（WiMAX）频段形成陷波特性的超宽带（UWB）天线。便携式终端常采用的环形或缝隙天线具有窄带谐振特性,用其形成宽带特性时往往结构复杂、交叉极化大、全向性不佳。针对此问题设计了一种采用平面准自互补结...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
亨献f241中的等角螺旅夭线
（2）天线尺寸按特定比例系数缩放后仍保持原来的形状，如对数周期天线[27-28]，天线由若干个对称振子组成，振子尺寸及之间的距离都按同一比例系数变化，当工频率的对数以周期性变化时，天线电性能基本保持不变。文献[27]提出了一种小型的对数周期天线，其中的单元振子通过顶端加载实现了长度 20%的缩短，同时振子的馈线利用弯折线和梯形匹配节改善了阻抗特性，该天线能够覆盖 0.55～9GHz 的率范围。如图 1.2 所示，文献[28]中在对数周期天线采用四臂圆面排布的形式，通在天线外延引入了一个耦合环，能够改善表面电流分布并展宽阻抗带宽。（3）采用自互补结构[29-31]，该类天线一般由两部分互补结构构成，通过平移和转可以拼合成整个平面，研究表明在自由空间中，自互补天线的输入阻抗近似为πΩ[29]，与其具体形状和工作频率无关。文献[30]中天线采用了领结型自互补结构，通过共面波导（CPW）结构馈电，形成了单面的超宽带天线，工作带宽为 8.43GH3.04～11.47 GHz）。文献[31]的天线采用圆饼状自互补结构，并在地板和辐射体上成了不同长度的电流路径，实现了覆盖 2240～2532 和 4615～6163 MHz 的宽带双特性。
多模/频谐振技术还可以采用分形（Fractal）天线[46-49]实现。其中分形天常采用 Koch、Hilbert、Sierpinski 和 Cantor 等分形曲线，由于结构的自相似性和填充性，天线中具有多个尺寸相似的谐振结构，这些单元可以产生多个邻近的谐点从而形成宽带特性。如图 1.6 所示，文献[46]通过在波导的宽边上蚀刻出十字形辐射缝隙，形成波导缝隙天线并能够实现超过 2GHz 的阻抗带宽。文献[47]中了具有分形辐射贴片的微带天线，分形结构采用三次迭代的八边形结构，该天线得到 5:1（10～50 GHz）的超宽带性能。4. 阻抗渐变结构采用锥削状或阶梯状阻抗渐变结构，能够在不增大天线尺寸的同时，使得表面沿着圆滑的路径流动，实现馈电点的输入阻抗到自由空间阻抗的阻抗变换，从而宽带匹配性能。渐变开槽天线是一种典型的采用渐变结构的天线，在结构上由一段一端很窄的端和另一端渐变形状展开的槽线构成。根据槽线的不同形状，渐变开槽天线主要直线型[50-51]、阶梯型[52-53]和指数型[54-57]等形式。文献[50]设计了工作在 Ka 频段
【参考文献】：
期刊论文
[1]二次雷达天线小型化设计[J]. 唐宝富. 电子机械工程. 2006(06)
[2]移动性对MIMO无线信道性能的影响[J]. 李忻,聂在平,伍裕江. 电子科技大学学报. 2004(05)
[3]机载相控阵雷达小型化高速波控设计与实现[J]. 马莉. 现代雷达. 2003(06)
[4]收发全数字波束形成相控阵雷达关键技术研究[J]. 吴曼青,王炎,靳学明. 系统工程与电子技术. 2001(04)
[5]相控阵雷达[J]. 黄正东,陈凤至. 工科物理. 1995(01)
博士论文
[1]新一代无线通信系统中的MIMO信道建模与多天线设计研究[D]. 李忻.电子科技大学 2005
硕士论文
[1]紧凑型超宽带MIMO天线的研究与设计[D]. 胡秀娟.电子科技大学 2016
[2]小型化超宽带MIMO天线的设计与实现[D]. 贺爽.电子科技大学 2014
本文编号：3252391
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
亨献f241中的等角螺旅夭线
（2）天线尺寸按特定比例系数缩放后仍保持原来的形状，如对数周期天线[27-28]，天线由若干个对称振子组成，振子尺寸及之间的距离都按同一比例系数变化，当工频率的对数以周期性变化时，天线电性能基本保持不变。文献[27]提出了一种小型的对数周期天线，其中的单元振子通过顶端加载实现了长度 20%的缩短，同时振子的馈线利用弯折线和梯形匹配节改善了阻抗特性，该天线能够覆盖 0.55～9GHz 的率范围。如图 1.2 所示，文献[28]中在对数周期天线采用四臂圆面排布的形式，通在天线外延引入了一个耦合环，能够改善表面电流分布并展宽阻抗带宽。（3）采用自互补结构[29-31]，该类天线一般由两部分互补结构构成，通过平移和转可以拼合成整个平面，研究表明在自由空间中，自互补天线的输入阻抗近似为πΩ[29]，与其具体形状和工作频率无关。文献[30]中天线采用了领结型自互补结构，通过共面波导（CPW）结构馈电，形成了单面的超宽带天线，工作带宽为 8.43GH3.04～11.47 GHz）。文献[31]的天线采用圆饼状自互补结构，并在地板和辐射体上成了不同长度的电流路径，实现了覆盖 2240～2532 和 4615～6163 MHz 的宽带双特性。
多模/频谐振技术还可以采用分形（Fractal）天线[46-49]实现。其中分形天常采用 Koch、Hilbert、Sierpinski 和 Cantor 等分形曲线，由于结构的自相似性和填充性，天线中具有多个尺寸相似的谐振结构，这些单元可以产生多个邻近的谐点从而形成宽带特性。如图 1.6 所示，文献[46]通过在波导的宽边上蚀刻出十字形辐射缝隙，形成波导缝隙天线并能够实现超过 2GHz 的阻抗带宽。文献[47]中了具有分形辐射贴片的微带天线，分形结构采用三次迭代的八边形结构，该天线得到 5:1（10～50 GHz）的超宽带性能。4. 阻抗渐变结构采用锥削状或阶梯状阻抗渐变结构，能够在不增大天线尺寸的同时，使得表面沿着圆滑的路径流动，实现馈电点的输入阻抗到自由空间阻抗的阻抗变换，从而宽带匹配性能。渐变开槽天线是一种典型的采用渐变结构的天线，在结构上由一段一端很窄的端和另一端渐变形状展开的槽线构成。根据槽线的不同形状，渐变开槽天线主要直线型[50-51]、阶梯型[52-53]和指数型[54-57]等形式。文献[50]设计了工作在 Ka 频段
【参考文献】：
期刊论文
[1]二次雷达天线小型化设计[J]. 唐宝富. 电子机械工程. 2006(06)
[2]移动性对MIMO无线信道性能的影响[J]. 李忻,聂在平,伍裕江. 电子科技大学学报. 2004(05)
[3]机载相控阵雷达小型化高速波控设计与实现[J]. 马莉. 现代雷达. 2003(06)
[4]收发全数字波束形成相控阵雷达关键技术研究[J]. 吴曼青,王炎,靳学明. 系统工程与电子技术. 2001(04)
[5]相控阵雷达[J]. 黄正东,陈凤至. 工科物理. 1995(01)
博士论文
[1]新一代无线通信系统中的MIMO信道建模与多天线设计研究[D]. 李忻.电子科技大学 2005
硕士论文
[1]紧凑型超宽带MIMO天线的研究与设计[D]. 胡秀娟.电子科技大学 2016
[2]小型化超宽带MIMO天线的设计与实现[D]. 贺爽.电子科技大学 2014
本文编号：3252391
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