天线加载技术的研究与应用

发布时间：2017-04-26 06:15

  本文关键词：天线加载技术的研究与应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着无线通信技术和高速集成电路技术的飞速发展,天线作为无线通信系统中的重要组成部件,其性能指标的要求也越来越高。在实际工程应用中,传统天线的特性参数往往不能满足应用的具体要求,需要在天线上或者天线附近加载某些结构来改善天线的性能。加载技术在天线设计中应用非常广泛,随着现代无线通信系统的发展,如何应用加载技术来实现天线的小型化、天线的多功能化、展宽天线的工作带宽是当前天线加载技术研究和应用的主要方向。针对加载技术研究应用的三个主要方向,本文以小型化的微带天线、多功能平面天线、脉冲天线的频带展宽和辐射波形改善为研究对象,设计了几种加载天线,研究了加载技术在改善天线不同性能方面的应用。本文的工作内容包括：(1)设计了几种采用分布式电抗加载技术来实现的小型化的微带天线,利用等效电路模型对加载原理进行了分析,并利用全波仿真和实物测试验证了加载效果。设计了一种短路条带加载的悬置微带天线,通过短路条带和微带天线之间形成的等效电容和等效电感的加载,使加载天线的工作频率降低了73.5%。还设计了一种Mushroom-like结构加载的悬置微带天线,其中Mushroom-like结构和微带天线之间形成的等效电容和等效电感,使天线的工作频率降低了约74.5%；而Mushroom-like结构单元之间的耦合引入了多个谐振频率,可以实现频率比约为1.4的双频段工作的小型化微带天线,具有较好的实际应用价值。还设计了一种加载Mushroom-like结构和集总电容的悬置微带天线,可以在较低加工精度的情况下,实现与仅加载Mushroom-like结构的悬置微带天线同样的小型化效果。考虑到口径耦合馈电的悬置微带天线为三层结构且制作加载结构时较困难,还设计了嵌入式短路条带加载和嵌入式Mushroom-like结构加载的微带天线,这两种加载天线为双层结构,加载后实现了较好的天线工作频率的降低；与普通的短路探针加载的微带天线相比,这两种加载天线还具有辐射主向无偏移的特性。(2)提出了一种通过加载陷波反射器来实现多功能陷波天线的方法,这种加载结构在低于天线工作频率的陷波频率处可以使加载天线具有陷波的特性,而在天线的工作频带可以提高天线的增益,实现了镜像频率滤波器、反射器和天线三种器件的功能的集成。本文以加载陷波反射器的平面偶极子天线为例,根据给出的陷波反射器的等效电路模型分析了陷波反射器的陷波原理,并通过全波仿真分析了陷波反射器的反射器特性。基于这些研究,本文设计了一种加载陷波反射器的平面领结天线,实测结果表明,陷波反射器的加载实现了在低于工作频段的镜像频率处约44 dB的辐射抑制,同时在工作频段内实现了约3 dB的增益提高。本文还设计了一种加载陷波反射器和引向器的锯齿形平面偶极子天线,仿真和实测结果均表明,陷波反射器的引入使得加载天线在陷波频率处的辐射得到抑制,而陷波反射器和引向器共同作用,使得加载天线在工作频段内增益得到较大的提高。(3)针对脉冲天线的频带展宽和辐射波形改善的问题,设计了几种在天线末端进行阻性加载的脉冲天线,提出并验证了在天线阵元之间进行阻性加载的方法。设计了一种末端延伸电阻条带加载的渐变槽线天线,并仿真对比了加载天线与无加载天线的端口反射信号、天线辐射效率、S参数和辐射波形,对比结果表明,这种加载方式可以有效减少天线末端的反射,在对主辐射脉冲的幅度和天线辐射效率影响较小的前提下,有效降低了辐射波形中拖尾脉冲的幅度,展宽了脉冲天线的低频端带宽。提出了一种末端电阻加载的高斯渐变曲线菱形天线,仿真和实测结果均表明,该天线具有光滑的渐变结构,比传统菱形天线具有更宽的低频工作带宽和更小的内部及末端反射。提出了在阵列单元之间进行阻性加载的设计方法,对阵元之间电阻加载的平面领结天线阵的研究结果表明,阵元之间进行加载可以有效地降低天线单元终端截断处的反射脉冲,有利于展宽天线的工作频带。上述工作以对微带天线进行分布式电抗加载、对平面天线进行结构加载、对脉冲天线进行末端阻性加载为具体的研究对象,研究了加载技术在实现天线的小型化、天线的多功能化、展宽天线的工作带宽等方向的应用,验证了加载技术对天线不同辐射性能的改善。这些加载方法并不局限于所研究的这几种具体天线,也可推广适用于其他天线结构。
【关键词】：天线加载 微带天线 小型化 多功能平面天线 脉冲天线
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN828
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究历史和现状12-19
• 1.2.1 加载技术在天线小型化中的应用12-15
• 1.2.2 加载技术在天线多功能化中的应用15-17
• 1.2.3 加载技术在展宽天线工作频带中的应用17-19
• 1.3 本文的主要工作内容及贡献19-21
• 1.4 本文结构安排21
• 参考文献21-27
• 第二章 微带天线的小型化加载27-67
• 2.1 引言27
• 2.2 口径耦合馈电的微带天线27-31
• 2.2.1 微带天线的辐射原理27-29
• 2.2.2 口径耦合馈电结构29-31
• 2.3 加载短路条带的微带贴片天线31-42
• 2.3.1 加载短路条带的贴片天线的结构31-32
• 2.3.2 等效电路模型分析32-35
• 2.3.3 天线参数分析35-38
• 2.3.4 仿真和实测结果分析38-42
• 2.4 加载Mushroom-like结构的微带贴片天线42-56
• 2.4.1 Mushroom-like电磁带隙结构概述42-43
• 2.4.2 加载Mushroom-like结构的贴片天线43-51
• 2.4.3 加载Mushroom-like结构和电容的贴片天线51-56
• 2.5 嵌入式加载的微带贴片天线56-64
• 2.5.1 加载嵌入式短路条带的贴片天线56-59
• 2.5.2 加载嵌入式Mushhroom-like结构的贴片天线59-61
• 2.5.3 嵌入式加载与短路探针加载的对比61-64
• 2.6 本章小结64
• 参考文献64-67
• 第三章 加载陷波反射器的平面天线67-89
• 3.1 引言67-68
• 3.2 陷波反射器的原理68-77
• 3.2.1 微带-双面平行带线过渡68-71
• 3.2.2 陷波特性的电路模型分析71-73
• 3.2.3 反射器特性的仿真分析73-77
• 3.3 加载陷波反射器的平面领结天线77-82
• 3.4 加载陷波反射器和引向器的锯齿形平面偶极子天线82-86
• 3.5 本章小结86
• 参考文献86-89
• 第四章 电阻加载技术在脉冲天线中的研究与应用89-115
• 4.1 引言89
• 4.2 电阻加载对传输线的传输特性的影响89-92
• 4.3 末端电阻加载的渐变槽线脉冲天线92-100
• 4.3.1 微带-槽线短路探针馈电结构93-94
• 4.3.2 微带-槽线短路探针馈电的渐变槽线天线94-97
• 4.3.3 末端延伸电阻条带加载的渐变槽线天线97-100
• 4.4 高斯渐变曲线脉冲天线100-108
• 4.4.1 高斯渐变曲线天线的结构101-102
• 4.4.2 末端电阻加载的高斯渐变曲线天线102-108
• 4.5 阵元之间电阻加载的领结天线阵108-112
• 4.5.1 阵元之间的电阻加载108-109
• 4.5.2 阵元之间电阻加载的领结天线阵109-112
• 4.6 本章小结112-113
• 参考文献113-115
• 第五章 总结与展望115-117
• 致谢117-119
• 作者简介119-120

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