基于HMSIW的超宽带陷波天线的研究与设计

摘要

随着科学技术的发展，人们的生产生活越来越依赖于无线通信技术。无线通信系统的技术革新也对天线提出了更高的要求，如超宽带、多通带等。超宽带天线的优点是高数据传输速率、高频谱利用率、抗多径衰落。陷波天线则可以有效解决超宽带与通带内窄带通信的兼容问题。 半模基片集成波导（Half-Mode Substrate Integrated Waveguide，HMSIW）是在基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，SIW）基础上提出的结构，具有高功率容量、低损耗的优势。此外，HMSIW具有更宽的主模带宽，应用于天线设计时，能够有效提高天线的带宽和效率。微带八木天线具有剖面低、增益高、定向性好的特性。本论文将HMSIW结构和微带八木天线结构结合，研究并设计了超宽带、陷波可调天线，主要内容如下: 1、设计了一款基于HMSIW结构的超宽带八木天线。对HMSIW结构进行理论分析，在HMSIW结构中引入缝隙，通过分析与仿真确定缝隙的数量、尺寸、位置。八木天线的有源振子采用上下分开放置的偶极子天线，反射器则用地板实现，省去了巴伦结构，引向器用间隔的多条微带线实现，在第一引向器上引入缝隙，改善了天线的性能。最后设计出了带宽大于60％的超宽带天线。相关研究成果已发表在2017年全国微波毫米波会议。 2、考虑到超宽带与通带内窄带通信的兼容问题，在设计1的基础上，引入两个陷波结构，滤除通带内不需要的窄带频段，超宽带由单个通带变为多个通带。分析了变容二极管的工作原理，以及陷波结构的传输特性;在每个陷波枝节线上均设计有两组对顶变容二极管，通过改变变容二极管的反向偏置电压，实现对陷波枝节线等效长度的控制，从而改变陷波枝节线的谐振频率，使天线的陷波位置和通带带宽可调。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景和意义

1．1．1超宽带、陷波的研究背景与意义

1．1．2半模基片集成波导的研究背景与意义

1．2国内外研究现状

1．2．1超宽带天线的研究现状

1．2．2陷波天线的研究现状

1．2．3 SIW和HMSIW的研究现状

1．3论文安排

2天线理论基础

2．1天线的基本参数

2．1．1天线的输入阻抗、驻波比和回波损耗

2．1．2天线的带宽

2．1．3天线的效率、方向性系数和增益

2．2天线的馈电方式

2．3常见天线介绍

2．3．1偶极子天线

2．3．2八木天线

2．4小结

3 SIW和HMSIW结构的研究

3．1矩形波导概述

3．2 SIW的特性分析

3．3 HMSIW的特性分析

3．4小结

4基于HMSIW馈电的超宽带准八木天线设计

4．1天线结构

4．2加载缝隙的半模基片集成波导分析

4．2．1半模基片集成波导传输特性

4．2．2加载缝隙的HMSIW结构

4．3准八木天线的分析

4．3．1有源振子

4．3．2引向器

4．3．3反射器

4．4仿真和测试结果

4．5小结

5基于HMSIW的陷波可调天线设计

5．1天线结构

5．2陷波可调的原理

5．2．1开口谐振环的传输特性

5．2．2变容二极管的工作原理

5．3多通带可调天线的实现

5．4测试结果与小结

6小结与展望

致谢

参考文献

附录