双频双极化背腔缝隙天线研究

摘要

随着移动通信业务的迅速发展，通信系统的功能更加多样化，这使得通信系统对天线的要求越来越高。背腔微带耦合缝隙天线以其低剖面、宽频带、高增益、可双极化及易与电路系统集成的优势受到学术界的广泛关注和研究，本文针对工信部“高效节能的有源一体化天线”重大专项课题的应用背景，主要研究和制作了多频段、双极化矩形和椭圆形背腔微带耦合缝隙天线，以及由此组成的背腔缝隙天线均匀和非均匀线阵，本文的研究内容概括如下:
　　 本文首先简述了微带耦合缝隙天线的设计方法，并对椭圆谐振腔中主要电磁场模式和相应谐振频率进行了详细计算，为后续背腔缝隙天线的设计奠定了理论基础。
　　 接下来选择了封闭式背腔中结构形式较为简单的矩形腔和稍显复杂的椭圆腔进行研究。通过分析矩形腔中的谐振模式，分别利用方形腔和矩形腔设计了单频和双频背腔缝隙天线，这两种天线均为双极化工作模式。根据前述椭圆谐振腔理论，利用椭圆腔的多谐特性研制了双频椭圆背腔缝隙天线，并对双频天线的引向器作了分析和研究。
　　 随后又利用SIW技术减小了矩形波导谐振腔的体积，并有效的降低了天线的剖面。通过HFSS建模、仿真和优化，分析了单频双极化天线、双频双极化矩形背腔天线、开放式背腔双频双极化天线、椭圆引向器椭圆背腔缝隙天线、圆形开缝引向器椭圆空气背腔天线和圆形开缝引向器SIW椭圆介质背腔天线，并制作了相应的几种天线的实物，进行了实验研究，对天线的驻波特性、方向图和增益曲线与仿真结果作了对比，结果表明上述几种天线具有优良的带宽特性和天线方向图。
　　 最后对不等间距天线阵列又进行了研究，利用遗传算法结合matlab编程工具进行了天线单元间距的优化计算，解决了双频天线同结构组阵时其中较高频率的天线阵出现的栅瓣问题，分析和设计了2.6GHz有源一体化单频均匀线阵天线和1.8GHz、2.6 GHz双频非均匀阵列天线，用HFSS高频电磁场仿真软件对这两种天线阵列进行了设计验证，制作了相应的天线阵列实物，并测试了相应的驻波特性、方向图和增益，实测数据与仿真结果吻合，达到了技术指标的要求和预期效果。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 移动通信中微带缝隙天线应用背景

1．2 背腔缝隙天线发展现状

1．3 本文主要工作及章节安排

参考文献

第二章 微带缝隙天线与椭圆谐振腔理论基础

2．1 微带缝隙天线基础

2．2 椭圆背腔理论基础

2．2．1 椭圆谐振腔中的马丢方程

2．2．2 椭圆谐振腔中的场和谐振频率

2．2．3 马丢函数类的解

2．2．4 椭圆谐振腔中主模

2．3 广义腔式天线的激励

2．4 本章小结

参考文献

第三章 双频双极化背腔缝隙天线

3．1 矩形背腔天线

3．1．1 矩形背腔的选取

3．1．2 单频双极化矩形背腔天线

3．1．3 双频双极化矩形背腔天线

3．1．4 开放式背腔双频双极化天线

3．2 椭圆背腔天线

3．2．1 椭圆引向器椭圆背腔缝隙天线

3．2．2 圆形开缝引向器椭圆空气背腔缝隙天线

3．2．3 圆形开缝引向器SIW椭圆背腔缝隙天线

3．3 单频均匀阵列

3．3．1 单频单极化均匀阵

3．3．2 单频双极化均匀阵

3．4 本章小结

参考文献

第四章 双频天线非均匀直线阵优化

4．1 遗传算法工作原理

4．1．1 遗传算法简介

4．1．2 遗传算法工作原理

4．1．3 目标函数的选取

4．2 基于遗传算法的双频天线直线阵优化

4．3 双频双极化非均匀阵列

4．4 本章小结

参考文献

第五章 总结

致谢

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