具有陷波特性的超宽带微带天线设计

摘要

超宽带(Ultral-wideband，UWB)系统凭借其所具备的成本低、损耗低、发射功率低、传输速率高和多径分辨能力强等优点而得到快速发展。超宽带天线作为UWB通信系统的重要组成部分，已经成为学术界和工程领域研究的热点问题。超宽带天线具有几个倍程的带宽，在如此宽的频带内使天线保持稳定的性能，给超宽带天线的设计带来很大的困难。另外，在超宽带频带范围内，还有其他一些通信系统，如无线局域网(WLAN，5.15-5.85GHz)系统和全球微波互联接入(WiMAX，3.3GHz-3.6GHz)系统，这些系统的信号将会对UWB系统产生干扰，需要抑制掉。因此，设计满足上述要求的超宽带天线面临极大的挑战。
　　 为了适应超宽带系统小型化要求，本文采用微带结构和共面波导结构设计超宽带天线。通过查阅相关资料，对微带印刷单极子天线的相关理论和展宽天线带宽的相关技术进行了分析，并对共面波导的相关理论以及实现陷波特性的常见方法进行了研究。在此基础上，设计了一款共面波导馈电的超宽带天线和一款微带印刷单极子超宽带天线。运用理论分析和软件仿真相结合的方法，对这两款天线进行了研究，研究了天线的结构参数对天线性能的影响，优化了天线的结构尺寸，最终给出了满足设计要求的天线结构尺寸。所设计的天线结构对称、简单，易加工，电压驻波比小于2的频率范围均覆盖3.1GHz-10.6GHz频段，且在该频段内具有稳定的辐射方向图，满足超宽带天线的设计要求。
　　 在上述两款天线的基础上，通过在共面波导馈电的超宽带天线上蚀刻倒U形缝隙，使其实现了在WLAN频段(5.15-5.85GHz)的单陷波特性;通过在微带印刷单极子超宽带天线上加载两个互补开口谐振环（CSRR），使其在WiMAX频段(3.3GHz-3.6GHz)和WLAN频段（5.15 GHz-5.85GHz）产生了双陷波特性。利用仿真软件Ansoft HFSS对倒U形缝隙和CSRR的关键参数进行了研究，通过多次优化，最终确定了满足设计要求的天线尺寸。
　　 最后，对所设计的四款天线进行了加工和测试，仿真和实验结果均表明，本文所设计的天线各项技术指标均达到设计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 超宽带天线的发展历史及研究现状

1．2．1 早期的超宽带天线

1．2．2 近代超宽带天线的发展

1．3 本文的研究内容及章节安排

第2章 天线基本理论

2．1 微带天线的基本理论

2．1．1 天线的特性参数

2．1．2 微带天线的馈电方式

2．1．3 微带天线的设计步骤

2．1．4 展宽微带天线带宽的技术

2．2 单极子天线的工作原理

2．3 HFSS软件介绍

第3章 单陷波共面波导馈电超宽带天线设计

3．1 共面波导理论

3．1．1 共面波导结构

3．1．2 共面波导的阻抗特性

3．1．3 共面波导的场分布

3．1．4 共面波导的优缺点

3．2 陷波性能的实现方法

3．3 共面波导馈电超宽带天线设计

3．3．1 天线的设计过程

3．3．2 天线的优化设计

3．3．3 天线参数的分析与优化

3．3．4 天线的加工与测试

3．4 单陷波共面波导馈电UWB天线设计

3．4．1 陷波性能的实现

3．4．2 缝隙参数对天线陷波性能的影响

3．4．3 天线的加工与测试

3．5 本章小结

第4章 双陷波微带印刷单极子超宽带天线设计

4．1 微带印刷单极子超宽带天线的设计

4．1．1 天线初始尺寸的估算方法

4．1．2 天线的设计过程

4．1．3 天线的优化设计

4．1．4 天线的加工与测试

4．2 具有双陷波特性的微带印刷单极子超宽带天线设计

4．2．1 CSRR结构设计

4．2．2 CSRR参数对天线陷波性能的影响

4．2．3 天线的仿真设计结果

4．2．4 天线的加工与测试

4．3 本章小结

第5章 结束语

参考文献

致谢

研究生履历