三极化金属过孔加载缝隙天线的研究

发布时间：2017-07-26 15:38

  本文关键词：三极化金属过孔加载缝隙天线的研究

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【摘要】：多输入多输出(Multiple Input Multiple Output:MIMO)是提高频谱利用率的一种有效技术,而极化MIMO作为MIMO技术的一种,具有空间利用率的特点,已被成功应用在微波、卫星通信中。三极化天线是三极化MIMO系统的关键部件。尤其是基于共址三极化天线的三极化MIMO,可以获得了相对于单极化系统三倍的系统容量,而且所占空间小。但共址三极化天线的小型化、隔离和交叉极化一直是难点,尤其是有体积限制要求的情况下。本文研究了三极化金属过孔加载缝隙天线,本文的主要工作如下。(1)提出了一种金属过孔加载的槽线传输线,该传输线在槽缝的两侧有两排周期性金属过孔,此金属过孔可以减低槽线的特性阻抗和减低槽线主模的相速,为天线的小型化奠定基础。(2)提出来一种金属过孔加载双频带缝隙天线。该天线组合了金属过孔加载槽线和普通槽线,形成阶跃阻抗缝隙天线,并在缝隙周围导体面上加入了周期性的短截缝,不仅实现了天线的小型化,同时使得天线双频带工作。研制的小型化金属过孔加载双频带缝隙天线,其实测的外框长宽分别为35mm和30mm,中心缝隙长宽分别为30mm和2mm。工作频点分别为2.43GHz和4GHz,带宽分别为114MHz和439MHz。各端口之间的隔离度最大值分别为-22dB和-27dB。此外,2.45GHz的E面的主极化与交叉极化差值大于12dB;4GHz的E面的主极化与交叉极化差值大于17dB。此小型化天线可以应用于对体积有限制的场景。(3)提出了微带馈电的三极化共址金属过孔加载缝隙天线,此三极化天线结构对称。仿真分析了金属过孔位置、短截缝尺寸等参数对天线性能的影响,并在此基础上优化出了一组尺寸,设计制作了微带馈电三极化共址金属过孔加载缝隙天线,仿真和实测结果基本吻合,三极化天线的工作频带为2.432GHz-2.505GHz,带宽为70MHz,天线各端口间的隔离度最大值为-25.1dB。在E面全向上,主极化与交叉极化的差值均大于13dB,单片天线的主极化与交叉极化的差值大于16.5dB。此天线在极化纯度和隔离度要求较高的场景中比较适用,尤其是散射较为丰富的环境中的极化分集应用。上述天线的研制,扩展了多极化MIMO系统的可应用性。
【关键词】：三极化 缝隙天线 金属过孔加载 多输入多输出 小型化
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN823.24
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 多极化天线的研究现状11-13
• 1.2.2 缝隙天线的研究现状13-16
• 1.3 本文的主要工作16-18
• 第二章 天线的基本原理18-33
• 2.1 引言18
• 2.2 多极化天线的参数18-23
• 2.2.1 天线S参量18-19
• 2.2.2 线性偶极子天线19-23
• 2.3 缝隙天线的基本原理23-25
• 2.4 阶跃阻抗谐振器25-27
• 2.4.1 均匀阻抗谐振器25
• 2.4.2 阶跃阻抗谐振器25-27
• 2.5 金属过孔加载(POST-WALL)槽线27-30
• 2.5.1 加载过孔的低阻抗槽线27-28
• 2.5.2 低阻抗槽线的特性阻抗28-29
• 2.5.3POST-WALL阶跃阻抗槽线谐振器29-30
• 2.6 MIMO天线的互耦30-32
• 2.6.1 互耦概念30-31
• 2.6.2 天线的互耦对方向图的影响31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第三章 微带耦合馈电的缝隙天线33-53
• 3.1 引言33
• 3.2 缝隙天线33-37
• 3.2.1 缝隙天线的馈电33-34
• 3.2.2 缝隙天线单元结构34-35
• 3.2.3 单元的S参数和方向图35-37
• 3.2.4 缝隙天线的介质37
• 3.3 金属过孔加载缝隙天线37-40
• 3.3.1 短截缝缝隙天线37
• 3.3.2 金属过孔缝隙天线的结构37-39
• 3.3.3 金属过孔缝隙天线实物图39
• 3.3.4 金属过孔缝隙天线单元的S参数和方向图39-40
• 3.4 金属过孔位置及短截缝对天线性能影响的分析40-48
• 3.4.1 金属过孔的位置对天线性能的影响41-42
• 3.4.2 金属过孔的周期和直径对天线性能的影响42-44
• 3.4.3 短截缝的长度对天线性能的影响44-45
• 3.4.4 短截缝的周期对天线性能的影响45-47
• 3.4.5 短截缝的宽度与周期比对天线性能的影响47-48
• 3.5 小型化的双频带金属过孔加载缝隙天线48-51
• 3.5.1 小型化的双频带金属加载天线结构48-49
• 3.5.2 小型化的双频带金属加载天线的实物图49
• 3.5.3 小型化的双频带天线单元的S参数和方向图49-51
• 3.6 本章小结51-53
• 第四章 三极化缝隙天线53-62
• 4.1 引言53
• 4.2 三极化缝隙天线的结构53-54
• 4.3 三极化缝隙天线的S参数和方向图54-56
• 4.4 三极化金属过孔缝隙天线的S参数和方向图56-58
• 4.5 三极化双频带天线的S参数和方向图58-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 参考文献64-67
• 附录1 攻读硕士学位期间申请的专利67-68
• 致谢68

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本文编号：577083