基于FDTD方法的宽频带微带天线小型化分析设计

摘要

天线是任何无线电系统的基本部件，它为辐射和接收无线电波提供了了手段。天线种类繁多，形式多种多样，微带天线仅是天线大家族众多成员中的一员。微带天线是在带有接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线，随着通信系统的大容量化，宽频带化和智能化，微带贴片天线是最典型、最常用的天线结构。由于其具有低剖面、体积小，易于与载体共形，便于与有源器件结合为单一模件，易实现圆极化、双频带工作等优点，而被广泛应用于雷达、导弹探测、遥感探测和卫星通信等微波领域。但是较窄的带宽是它的缺点，所以在微带天线的设计过程中如何延展带宽并进一步微型化是移动终端设备带宽天线设计技术的难点之一。
　　 本文将以时域有限差分方法(FDTD)研究微带天线，并通过理论分析，数值仿真和实验验证的方式对微带天线的微型化和宽带化设计进行研究，最终设计出一种梯形介质结构的多频微带天线，并简单分析了色散介质（生物介质）覆盖微带天线时S11参数的变化情况。
　　 论文的主要安排如下:
　　 1、本文首先介绍了时域有限差分方法，然后对一款微带馈电结构的微带天线进行了FDTD方法的研究，验证了FDTD方法的计算的准确性。
　　 2、第三章从分析贴片电流角度出发，从贴片开槽和接地板开缝两方面，重点分析研究了宽频带微带天线小型化的设计思想。
　　 3、最后利用矩形微带贴片天线的设计思想，设计了一种阶梯结构介质的微带天线，并优化了结构参数，得到具有三个谐振频率的天线。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 FDTD研究背景及意义

1．2 FDTD发展的特点

1．3 FDTD研究微带天线特性的意义

第二章 FDTD方法的基本原理

2．1 麦克斯韦方程组及其FDTD离散形式

2．2 数值稳定性分析

2．3 吸收边界条件

2．3．1 各向异性完美匹配边界条件

2．4 近-远场外推技术

2．5 FDTD算法的几种常见激励源

2．6 散射参数及相关参数的计算

2．7 微带问题中激励源的设置方法

第三章 平面微带天线的FDTD数值仿真

3．1 矩形微带天线的电磁场模拟

3．1．1 模型的建立

3．1．2 天线的计算过程和结果分析

3．2 贴片开槽对微带天线小型化的研究分析

3．2．1 矩形贴片开槽模型

3．2．2 开槽天线的分析研究

3．3 缝隙电磁耦合型微带天线的分析研究

3．3．1 电磁耦合型馈电方式

3．3．2 微带缝隙天线

第四章 阶梯形介质结构的微带天线的设计

4．1 概述

4．2 天线的原始模型

4．2．1 改善天线的结构模型

4．2．2 梯形天线的研究和结果分析

第五章 色散介质覆盖下的微带天线的研究分析

5．1 色散介质的差分公式

5．2 等离子体覆盖微带天线的FDTD分析结果

5．3 等离子体光子晶体覆盖下的微带天线的分析

第六章 总结和展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢