多结构天线的设计与研究
发布时间：2021-09-24 00:34
天线是当今通讯领域的重要一环设计。2020年作为5G通讯的发展元年,万物互联的时代也将随之开启,天线的多功能多样化的需求也日益强烈,在通信技术日新月异的时代背景下本文提出了“一线多用”的多结构天线设计方案,即一个天线实现多个天线的功能设计。在日趋多样化的天线设计的今天,天线的发展面临越来越多的挑战,以当前天线的方向性探索为例,不仅需要全向性多方位的接收天线,更加需要定向的超增益的天线设计。根据基本的电磁理论,天线的带宽、增益、全向性在大多数时候是不可调和的设计参数,优化一种往往需要牺牲其他性能为代价,本文意在找到一种可以同时提高天线的多项参数的方法,致力于全方位的提升天线的各项性能,这就意味着在天线设计中不仅需要运用成熟的天线优化技术,更需要创新式的结构设计来满足这一要求,本文在此基础上提出了多结构折叠式的天线设计方法。本文从单极子天线的设计,Bowtie天线设计,电磁边界条件,电磁耦合等基础理论出发,设计了两种基于折叠设计的不同特性的新型天线结构。本文主要涉及的问题为改善传统的单极子天线其带宽相对较窄且增益相对较低的缺点,改善传统的Bowtie天线提高其辐射的方向性系数和增益,并且在...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1两种常见折叠天线
电子科技大学硕士学位论文2一个天线发明已经过去了半个世纪出头，这类最早使用的天线正是拉杆单极子天线，如图1-1所示，天线可以通过压缩或者拉伸调节天线的接收频率，也可以通过调整角度改变接收的方位角。电视直到上个世纪八九十年代才在我国广泛普及，今年毕业的大多数90后想必都经历过和我一样不断的调节天线和拍打电视寻找信号的时刻，这就说明这类天线机械结构设计虽然简单，但是天线的接收性能较差。在军事领域，最早使用折叠式机械结构设计的当属移动车载通讯装置[7]，特别在二战时期，由于野战的条件限制，在农村和山区等通讯不便的地方对于便携式的需求陡增，在当时卫星技术尚未得到运用的背景下，米波天线凭借其优良的避障能力得到了广泛使用，但是天线的长度首先就制约了其移动能力，因而各类折叠式结构的天线层出不穷。其设计的理论基础大多数基于单极子的天线设计，各种折叠仅仅只是为了压缩天线的运输长度，等到使用时将天线展开。虽然解决了天线的尺寸限制，但是使用时却变得较为繁琐。这两类机械结构的天线设计原理还是通过简单地物理折叠实现天线的基本功能，特别对于第二类，在天线处于折叠状态是不可使用的，这对于天线的设计而言将是一种浪费。当然也有通过折叠设计提高天线性能的折叠天线[8~9]设计。（a）（b）图1-1两种常见折叠天线。（a）电视天线；（b）车载米波雷达进入到21世纪，特别是随着智能手机时代的开启，另外一类多结构的天线设计得到了广泛运用，这就是重构天线[10~12]。这类天线将两类天线直接融合到一个天线之上，通过二极管，三极管等器件的开关调节天线各部分的电流的流通。这里以部分3G时代的智能手机的天线设计为例：手机的通讯模块的工作频率一般在800~900Mhz之间，而蓝牙模块的工作频率在
第一章绪论3作在不同频率。当然也有不通过电子器件进行频率调换的，如图1-2所示，部分手机天线直接将倒F天线与倒L天线融合在一个馈电点之上，当天线工作在第一个频段时，天线的其中一部分和端口由良好的匹配，而另外一部分的匹配很差，反之亦然。这类天线多为平面结构设计，但是天线本身的噪声一般相对较大。（a）（b）图1-2两种多结构的手机天线。（a）iPhone4s天线；（b）普通安卓手机天线我们知道，天线的结构一旦确定，其物理特性基本已经确定。在以往的天线设计中，如车载折叠天线，这类天线采用折叠式的结构是为了方便运输，天线仅在展开之后才能工作，且天线特性单一。这类天线各项性能的优化往往会顾此失彼，本文才用了一种巧妙的解决办法，通过特定的机械折叠结构，实现从平面双锥天线到蝶形天线的转化，实现一个天线拥有传统多个天线才能实现的技术指标。蝶形天线在如今通信技术领域有着广泛的运用，蝶形天线最早是由双锥天线，普通的双锥天线为全向性天线设计，为了实现定向高增益传输的目的。蝶形天线的种类较多，如有源加强型[13]，多层耦合型[14]，多级加载型[15]等等，文采取了一种折叠成一定角度并将原天线的地变为反射板的设计方法解决这个问题。传统的多结构天线多为折叠收放式设计，如军用的米波雷达[16]，为了便于运输使用，常用多段折叠设计，需要使用时展开使用，但是天线在折叠状态下基本不能使用。本文采用的多结构折叠式设计则完美的解决了这个问题，充分利用天线的折叠前后的结构特性，使其在折叠前后具备两类特性截然不同的天线特性。这将对于突破天线的应用限制提供良好的契机。本文同时也尝试了另外一种折叠天线设计，折叠前利用部分天线进行电磁辐射，这类天线主要针对目前炙手可热的5G频段的天线的?
本文编号：3406737
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1两种常见折叠天线
电子科技大学硕士学位论文2一个天线发明已经过去了半个世纪出头，这类最早使用的天线正是拉杆单极子天线，如图1-1所示，天线可以通过压缩或者拉伸调节天线的接收频率，也可以通过调整角度改变接收的方位角。电视直到上个世纪八九十年代才在我国广泛普及，今年毕业的大多数90后想必都经历过和我一样不断的调节天线和拍打电视寻找信号的时刻，这就说明这类天线机械结构设计虽然简单，但是天线的接收性能较差。在军事领域，最早使用折叠式机械结构设计的当属移动车载通讯装置[7]，特别在二战时期，由于野战的条件限制，在农村和山区等通讯不便的地方对于便携式的需求陡增，在当时卫星技术尚未得到运用的背景下，米波天线凭借其优良的避障能力得到了广泛使用，但是天线的长度首先就制约了其移动能力，因而各类折叠式结构的天线层出不穷。其设计的理论基础大多数基于单极子的天线设计，各种折叠仅仅只是为了压缩天线的运输长度，等到使用时将天线展开。虽然解决了天线的尺寸限制，但是使用时却变得较为繁琐。这两类机械结构的天线设计原理还是通过简单地物理折叠实现天线的基本功能，特别对于第二类，在天线处于折叠状态是不可使用的，这对于天线的设计而言将是一种浪费。当然也有通过折叠设计提高天线性能的折叠天线[8~9]设计。（a）（b）图1-1两种常见折叠天线。（a）电视天线；（b）车载米波雷达进入到21世纪，特别是随着智能手机时代的开启，另外一类多结构的天线设计得到了广泛运用，这就是重构天线[10~12]。这类天线将两类天线直接融合到一个天线之上，通过二极管，三极管等器件的开关调节天线各部分的电流的流通。这里以部分3G时代的智能手机的天线设计为例：手机的通讯模块的工作频率一般在800~900Mhz之间，而蓝牙模块的工作频率在
第一章绪论3作在不同频率。当然也有不通过电子器件进行频率调换的，如图1-2所示，部分手机天线直接将倒F天线与倒L天线融合在一个馈电点之上，当天线工作在第一个频段时，天线的其中一部分和端口由良好的匹配，而另外一部分的匹配很差，反之亦然。这类天线多为平面结构设计，但是天线本身的噪声一般相对较大。（a）（b）图1-2两种多结构的手机天线。（a）iPhone4s天线；（b）普通安卓手机天线我们知道，天线的结构一旦确定，其物理特性基本已经确定。在以往的天线设计中，如车载折叠天线，这类天线采用折叠式的结构是为了方便运输，天线仅在展开之后才能工作，且天线特性单一。这类天线各项性能的优化往往会顾此失彼，本文才用了一种巧妙的解决办法，通过特定的机械折叠结构，实现从平面双锥天线到蝶形天线的转化，实现一个天线拥有传统多个天线才能实现的技术指标。蝶形天线在如今通信技术领域有着广泛的运用，蝶形天线最早是由双锥天线，普通的双锥天线为全向性天线设计，为了实现定向高增益传输的目的。蝶形天线的种类较多，如有源加强型[13]，多层耦合型[14]，多级加载型[15]等等，文采取了一种折叠成一定角度并将原天线的地变为反射板的设计方法解决这个问题。传统的多结构天线多为折叠收放式设计，如军用的米波雷达[16]，为了便于运输使用，常用多段折叠设计，需要使用时展开使用，但是天线在折叠状态下基本不能使用。本文采用的多结构折叠式设计则完美的解决了这个问题，充分利用天线的折叠前后的结构特性，使其在折叠前后具备两类特性截然不同的天线特性。这将对于突破天线的应用限制提供良好的契机。本文同时也尝试了另外一种折叠天线设计，折叠前利用部分天线进行电磁辐射，这类天线主要针对目前炙手可热的5G频段的天线的?
本文编号：3406737
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