小型超寬帶天線技術(shù)研究.pdf

1、天線作為無線通訊系統(tǒng)的重要部件，其主要作用是在特定方向上接收和發(fā)射電磁波能量，因此天線的性能往往決定著整個無線通訊系統(tǒng)的性能。隨著無線通訊設(shè)備的體積不斷減小以及工作頻段不斷向?qū)掝l帶發(fā)展，使得各種用于展寬天線帶寬和縮減天線尺寸的方法得到了廣泛的關(guān)注和深入的研究，因而也推動了天線向小型化和寬頻帶等方向的發(fā)展。本論文首先介紹了展寬天線帶寬和縮減天線尺寸的常用方法及國內(nèi)外超寬帶天線的研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)之上針對平面印刷天線，開展小型化、寬頻帶、定

2、向輻射等方面的研究。本論文的主要研究內(nèi)容包括：
　　1.基于加載理論的帶寬展寬技術(shù)。
　　對于加載理論，首先研究了基于近距加載原理的帶寬展寬技術(shù)。近距加載原理是利用近場加載會降低天線輸入阻抗的思想，通過在矩形方環(huán)天線的主輻射方向上引入無源的金屬條帶，通過電磁耦合的作用，降低天線在高頻段的輸入阻抗，從而使天線在寬頻帶內(nèi)更易與饋電端口匹配。實測結(jié)果表明該矩形方環(huán)天線在高頻段的輸入阻抗得到了顯著的降低，天線的阻抗匹配因而得到了極大

3、的改善，天線的阻抗帶寬從8％擴展到了40.7%，覆蓋了2.29到3.46 GHz的頻率范圍。另外，還研究了雙單元加載對矩形方環(huán)天線性能的影響，實測結(jié)果表明天線可以獲得約62.6%的阻抗帶寬，覆蓋2.29到4.38 GHz的頻率范圍。
　　接著研究了基于終端加載的帶寬展寬技術(shù)，并設(shè)計了一款基于終端加載技術(shù)的平面印刷偶極子天線。通過在偶極子天線的饋電槽線的終端引入階梯狀的加載漸變槽線，改善了天線在其工作頻帶內(nèi)的阻抗匹配特性，使天線的阻

4、抗帶寬得以展寬。天線實測和仿真結(jié)果的良好吻合驗證了基于終端加載技術(shù)展寬天線阻抗帶寬的有效性。實測結(jié)果表明該天線可以獲得從2.65 GHz到17.5 GHz的阻抗帶寬和相對平坦的增益響應(yīng)，并且該天線具有較小的尺寸(33 mm×16 mm)。為了說明所提出的偶極子天線的優(yōu)勢，將所提出的偶極子天線與其他類似的小型印刷偶極子天線在阻抗帶寬、基板介電常數(shù)、天線增益和尺寸方面進行了比較分析。
　　2.平面印刷Yagi天線的帶寬展寬和小型化技術(shù)

5、。
　　首先設(shè)計了一款具有寬頻帶特性的印刷Yagi天線，通過采用無源振子提高了印刷Yagi天線在高頻段的阻抗匹配，達到了展寬天線阻抗帶寬的目的。接著針對印刷Yagi天線工作頻帶內(nèi)阻抗匹配較差的問題，提出了一種新的階梯狀的連接結(jié)構(gòu)，改善了Yagi天線的帶內(nèi)阻抗匹配，使天線獲得寬頻帶的特性。實測結(jié)果表明該天線可以獲得92.2%的相對阻抗帶寬，覆蓋3.8到10.3 GHz的頻率范圍，并且天線在其整個工作頻帶內(nèi)實測的增益大于4 dBi。<

6、br>　　其次，對平面印刷Yagi天線的小型化技術(shù)做了相關(guān)的研究，提出了采用縮減地板寬度的方法，并利用一對枝節(jié)加載地板的結(jié)構(gòu)增加了地板的有效電長度，達到了縮減天線尺寸和降低天線低端帶寬邊沿的目的。與初始設(shè)計的天線相比，該平面印刷Yagi天線的低端帶寬邊沿從原來的3.9 GHz擴展到了3.6 GHz，天線的寬度相比初始設(shè)計的天線也減少了約16.7%。所設(shè)計平面印刷Yagi天線同時實現(xiàn)了小型化和寬帶化。實測結(jié)果表明該天線可以工作在3.6到1

7、1.6 GHz的頻率范圍。此外，群時延的測試結(jié)果表明該平面印刷Yagi天線具有良好的群時延特性。
　　3.開口槽天線的帶寬展寬和小型化技術(shù)。
　　首先設(shè)計了一款具有寬頻帶特性的階梯狀開口槽天線。采用一對 L形的窄槽縫和一個無源振子展寬了天線的阻抗帶寬并提高了天線定向輻射的能力。加工天線的實測結(jié)果驗證了該天線設(shè)計方案的有效性。實測結(jié)果表明該天線的阻抗帶寬約為101%，覆蓋了3.65到11.1 GHz的頻率范圍，同時天線具有較小

8、的尺寸(30 mm×30 mm)。其次，對漸變開槽天線的一種典型形式，Vivaldi天線的小型化技術(shù)進行了相關(guān)的研究，并設(shè)計了一款基于微帶槽線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的Vivaldi天線。該天線利用改進的地板結(jié)構(gòu)增加了天線的電長度，進而實現(xiàn)了天線的小型化。同時采用階梯狀的連接結(jié)構(gòu)提高了天線工作頻帶內(nèi)的阻抗匹配特性。實測結(jié)果表明提出的技術(shù)方案是非常有效的，該天線可以在40 mm×45 mm的尺寸范圍內(nèi)實現(xiàn)約144.5%的阻抗帶寬，覆蓋2.45到15.2

9、GHz的頻率范圍，并且具有良好的群時延特性。
　　4.反相饋電雙偶極子天線（W8JK）的輻射機理和等效饋電結(jié)構(gòu)。
　　實際應(yīng)用中，在平面結(jié)構(gòu)內(nèi)對雙偶極子陣列天線實現(xiàn)一對同幅反相的饋電信號是很困難的，因而本文提出了一種采用左右饋電的新的等效饋電機理，解決了難以在平面結(jié)構(gòu)內(nèi)實現(xiàn)同幅反相饋電信號的難題。本文首先研究了反相饋電的雙偶極子陣列天線（W8JK）的輻射機理，并從理論上分析了利用不等長度的單元結(jié)構(gòu)實現(xiàn)定向輻射的可行性，然后討