多频树形微带天线的设计与研究

发布时间：2017-09-06 03:00

  本文关键词：多频树形微带天线的设计与研究

  更多相关文章： 微带天线 多频化 小型化 移动终端

【摘要】：伴随着多种通信技术的不断完善,工艺技能的逐步娴熟,移动通信终端向着美观,超薄,多功能,智能化方向发展。天线作为信号转换的关键器件,也随着终端的发展而发展,天线的内置化,小型化,多频化已成为必然趋势。微带天线具有剖面低,易共形,体积小,重量轻等特点。本文在基于天线辐射及设计理论的基础上,设计了可以同时在多个频段内工作的树形微带天线,利用高频电磁仿真软件(HFSS)和矢量网络分析仪从理论和实验上研究了树形微带天线的工作特性。主要工作如下:首先概括了微带天线的理论知识,包括微带天线的辐射机理、馈电方式以及辐射场的计算方法;介绍了HFSS在树形天线分析中的仿真方法及技巧;总结了天线小型化、多频化技术的多种实现手段,分析了各种技术的优缺点。其次,基于天线辐射及设计理论,设计了多频树形微带天线。研究了结构微调,枝节改动对天线工作参数的影响,在天线接地板上引入微波光子晶体结构,研究了光子晶体结构参数对天线表面波,增益和方向性系数的影响。本文设计了一款多频树形天线,在此基础上,通过改变枝节的长度和形状,当弯折天线的E1枝节,使之与R2枝节相连,天线的阻抗带宽增加了,可以覆盖2G和3G系统的工作频段。在天线谐振频率处,回波损耗均不同程度的减小,谐振在2G的频点还向左移动了100M左右,使天线的阻抗带宽有所增大,所以可工作的频率增加了2G系统DCS1800的部分频段。本文进一步介绍引入微波光子晶体后,天线性能受到的影响,主要分析了其对S11和增益的改变。在接地板上腐蚀出r0=1.2mm,d=2.2mm的周期性圆孔,并分析了EBG结构参数对天线特性的影响,在1.8GHz处,增益增加了1.062dB,1.9GHz处的增益量为1.153dB,增加了70.82%,2GHz处的增长率为81.58%,从2.4GHz到2.7GHz,天线的增益增加量都超过1dB,在WLAN的高频段,天线的增益也有不同程度的增加。其中2.6GHz时,天线的增益增加量最大,达到了105%。最后,利用电路板设计软件Altium Designer进行天线实物的设计,并制作了天线实物。利用矢量网络分析仪在微波暗室中测试了天线的方向图、增益、回拨损耗等特性参数。测试结果与仿真结果的对比显示,两者在整体趋势上吻合较好,在误差允许范围内存在一定差异的地方,文中也给出了相应的分析和解释。最终,经优化后的天线尺寸减小一半,性能获得提升,使所设计天线具有小型化及多频特点,阻抗带宽可以完全覆盖第二代(2G),第三代(3G),第四代(4G),无线局域网(WLAN)和全球微波互联接入(WiMAX)通信系统的工作频带,可应用于4G移动通信终端上。
【关键词】：微带天线 多频化 小型化 移动终端
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN822
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.1.1 天线的概念10-11
• 1.1.2 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 移动通信网简介13-17
• 1.3.1 发展历程13-15
• 1.3.2 手机天线发展趋势15-17
• 1.4 高频仿真软件HFSS的介绍17-19
• 1.4.1 Ansoft HFSS软件介绍17
• 1.4.2 Ansoft HFSS天线设计流程17-19
• 1.5 论文结构安排19-21
• 第2章 微带天线设计理论21-35
• 2.1 微带天线简介21-22
• 2.2 微带天线分类22-23
• 2.3 微带天线的辐射机理及计算23-29
• 2.3.1 辐射机理23-24
• 2.3.2 微带天线馈电方式24-26
• 2.3.3 微带天线的辐射场计算26-29
• 2.4 微带天线小型化多频技术介绍29-33
• 2.4.1 微带天线的小型化技术29-31
• 2.4.2 微带天线的多频化技术31-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章 多频树形微带天线设计与性能分析35-49
• 3.1 微带天线的特性参数35-40
• 3.1.1 方向图35-37
• 3.1.2 方向性系数37-38
• 3.1.3 增益38
• 3.1.4 天线的频带宽度38-39
• 3.1.5 电压驻波比、回波损耗、反射系数39
• 3.1.6 天线的极化39-40
• 3.2 用于 4G终端和WLAN多频段树形天线的设计40-45
• 3.2.1 天线的结构设计40-41
• 3.2.2 树形天线的S11与VSWR分析41-42
• 3.2.3 枝节长度对天线S11影响42-44
• 3.2.4 天线的EH面方向图与三维增益图分析44-45
• 3.3 用于 2G3G4G终端和WLAN的多频树形天线设计45-48
• 3.3.1 天线的结构设计45-46
• 3.3.2 天线的S11分析46
• 3.3.3 枝节长度对天线S11的影响46-47
• 3.3.4 天线的平面方向图和三维方向图分析47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 利用微波光子晶体提升多频树形天线性能的设计效果49-69
• 4.1 微波光子晶体概述49-51
• 4.2 微波光子晶体多频微带天线的设计51-52
• 4.3 微波光子晶体对多频树形微带天线的影响52-57
• 4.3.1 微波光子晶体对天线S11的影响52-54
• 4.3.2 微波光子晶体对天线增益的影响54-55
• 4.3.3 微波光子晶体的圆孔半径对天线的影响55
• 4.3.4 微波光子晶体圆孔间距对天线的影响55-56
• 4.3.5 引入微波晶体后天线枝节对天线S11的影响56-57
• 4.4 用于 4G终端和WLAN的小型化微波光子晶体微带天线设计57-58
• 4.5 微波光子晶体多频微带天线的加工58-61
• 4.6 天线的仿真与测试结果对比分析61-68
• 4.6.1 测试工具的介绍61-63
• 4.6.2 回波损耗S11仿真结果与实验结果对比63-64
• 4.6.3 增益仿真结果与实验结果对比64
• 4.6.4 天线辐射效率的测试64-66
• 4.6.5 天线方向性系数的测试66-67
• 4.6.6 方向图仿真结果与实验结果对比67-68
• 4.7 本章小结68-69
• 第5章 结束语69-71
• 5.1 全文总结69-70
• 5.2 研究工作展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读学位期间发表的学术论文75-76
• 致谢76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨卫英;覆盖高∈_r材料微带天线的研究[J];微波学报;2000年S1期

2 薛睿峰 ,钟顺时;微带天线小型化技术[J];电子技术;2002年03期

3 刘丹,史小卫,尹应增;一种新型的小型化微带天线的分析与设计[J];火控雷达技术;2003年03期

4 高向军,王聪敏;两种双频微带天线的分析与设计[J];雷达与对抗;2003年01期

5 王聪敏,高向军,夏冬玉;宽带微带天线技术的探讨[J];现代电子技术;2003年08期

6 张雪松,朱超甫,顾颐;使用微带天线进行近距离能量传递[J];北京科技大学学报;2003年06期

7 唐祥生,顾长青;展宽微带天线圆极化带宽的几种方法[J];金陵科技学院学报;2004年04期

8 陈浩,游佰强;蓝牙微带天线的设计和仿真[J];厦门大学学报(自然科学版);2005年S1期

9 车仁信;张坤武;程鑫;;微带天线参数模拟测试[J];电子测量技术;2005年03期

10 王素玲;沈学民;;折叠短路式小型化双层微带天线[J];红外与毫米波学报;2006年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 罗建;罗正祥;羊恺;马景民;;双频微带天线的设计[A];2009年全国天线年会论文集（上）[C];2009年

2 张凤林;;任意形状微带天线的宽频带技术[A];1999年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];1999年

3 李洪彬;房少军;丁卫平;;低成本高增益微带天线的设计[A];2009年全国微波毫米波会议论文集（上册）[C];2009年

4 王少永;朱旗;;加载短路钉微带天线的理论分析[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年

5 姚德淼;蔡建明;;宽频带高增益微带天线元研究[A];1995年全国微波会议论文集（上册）[C];1995年

6 任冬梅;庄馗;;新型弹载宽频背腔菱形微带天线的研究和实践[A];2009年全国天线年会论文集（上）[C];2009年

7 刘广燕;杨宏春;张连红;阮成礼;;一种新颖的宽带微带天线[A];2009年全国天线年会论文集（上）[C];2009年

8 于晓东;阮成礼;;微带天线宽频带技术的研究[A];2009年全国天线年会论文集（上）[C];2009年

9 曹宜森;卢春兰;彭川;朱卫刚;;一种小型化双频微带天线设计[A];2009年全国天线年会论文集（上）[C];2009年

10 刘洪颐;李大伟;陈征祥;王磊;;一种微带天线的优化设计[A];2009年全国天线年会论文集（下）[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 湖南 谭仲;微带天线[N];电子报;2003年

2 付蔷　闫秋华 田欣;顺时应势 宁静致远[N];科技日报;2009年

3 黄兴章;新型有机高分子磁性微带天线研制获重要进展[N];科技日报;2000年

4 史记;国外RFID：功能扩大 应用拓宽 日渐普及[N];中国包装报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 于丹;宽带/多频全向微带天线的研究与设计[D];西安电子科技大学;2015年

2 杨汶汶;宽带微带天线及高性能有源一体化天线技术的研究[D];东南大学;2015年

3 韩旺旺;微带共形阵列天线研究与应用[D];电子科技大学;2016年

4 韩丽萍;差分双频微带天线研究[D];山西大学;2010年

5 袁家德;曲面微带天线的电磁仿真技术研究[D];南京航空航天大学;2010年

6 贺秀莲;微带天线的数学建模理论与数值分析方法研究[D];西安电子科技大学;2005年

7 杜成珠;基于三维正交机织的纺织微带天线[D];上海大学;2012年

8 王昊;微带天线的研究[D];南京理工大学;2009年

9 张需溥;小型化微带天线的设计与数值分析[D];上海大学;2004年

10 徐唯伟;带内低散射微带天线及其阵列研究[D];北京交通大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 韩璐;交指型左手微带天线研究[D];中国科学技术大学;2009年

2 黄振华;小型化多频微带天线的研究与设计[D];上海交通大学;2007年

3 刘宝宏;微带天线的分析和宽频带设计[D];南京理工大学;2002年

4 尹静;微带天线宽频带技术研究[D];北京交通大学;2007年

5 张欣;微带天线宽频带技术的研究[D];西安电子科技大学;2011年

6 赖慧芳;宽频带与紧凑型微带天线的研究与设计[D];江西师范大学;2011年

7 李星;微带天线在无线通信中的研究与设计[D];西安工程大学;2011年

8 曾群超;无线图像传输的微带倒F天线仿真研究与设计[D];燕山大学;2015年

9 万小凤;多频段微带天线的研究与设计[D];天津职业技术师范大学;2015年

10 李小凤;基于田口优化的微带天线分析公式研究[D];大连海事大学;2016年

，

本文编号：801749