微带天线阵的耦合及去耦研究

摘要

当今时代科学技术不断地飞速发展，微带天线的低剖面、体积小、易加工、质量轻等优势在无线通信系统中日趋凸显。但是在许多复杂的通信系统中，仅仅凭借单个天线阵元的方向性与增益是根本无法保证传输信息质量的可靠性，特别是在卫星通信中，天线不但要求有高的增益、低的剖面，高的传输速率，抗多路径反射及抗雨雾干扰能力强等特点也是必不可少的。这就需要把多个天线阵元组成微带天线阵，使其具有增益高、剖面低、高的传输速率及便于进行波束扫描和相位扫描等优点。
　　随着通信系统的不断完善和更新，天线阵的发展趋势逐渐面向小型化、宽带化、智能化。但是，天线阵元之间的相互耦合阻碍了其前进的步伐，特别是在小间距阵元和低频段的宽带天线中，互耦现象尤为突出。天线阵阵元间的相互耦合会致使阵列的辐射特性变得不规律，例如扰乱方向性，降低增益，阻抗不匹配等。因此，抑制或减小天线阵阵元间的相互耦合，对天线阵的发展来说，具有重大深远的研究意义。
　　本文着重围绕微带天线阵的耦合及去耦的方法展开了研究。首先，介绍了微带天线阵的基础理论知识，天线阵阵元之间耦合的概念、产生互耦的原因以及互耦效应对天线阵各种性能的影响。然后，利用矩量法计算分析了偶极子天线之间的相互阻抗。最后，分析了互耦效应及几种常见的去耦方法，根据课题的可行性，设计了一款二元微带天线阵，选择并改进了缺陷地(Defected Ground Structure，简称DGS)结构对天线阵进行去耦操作，通过HFSS建模仿真并分析，该天线阵去耦操作后的耦合系数S12减小了26dB，增益提高了约1dB，后瓣电平明显减小且方向性增强，改善了天线的辐射性能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外的研究现状

1．3 本文主要内容及安排

2 微带天线阵列概述

2．1 微带天线阵基本理论

2．1．1 微带天线的结构与辐射原理

2．1．2 天线阵列的基本理论

2．2 微带天线阵的分析设计方法

2．2．1 传输线模型理论

2．2．2 空腔模型理论

2．3 基于FDTD方法的微带贴片天线的设计

2．3．1 时域有限差分方法(FDTD)

2．3．2 矩形贴片天线设计实例

2．4 本章小结

3 基于MOM法的天线互阻抗计算

3．1 天线间的耦合

3．2 天线耦合的分析方法

3．3 基于矩量法的互阻抗计算

3．3．1 矩量法概述

3．3．2 偶极子天线的的互阻抗计算

3．4 本章小结

4 8GHz微带阵列天线的去耦设计与分析

4．1 微带阵列天线去耦方法的分析

4．1．1 EBG结构去耦

4．1．2 DGS结构去耦

4．1．3 馈电网络去耦

4．1．4 其他去耦方法

4．2 天线阵及去耦结构的设计

4．2．1 阵元的设计

4．2．2 基于缺陷地结构的分析

4．3 基于HFSS的天线仿真与优化

4．4 本章小结

5 总结与展望

致谢

攻读研究生阶段的主要成果

参考文献