差分微带天线设计及其传输线模型研究

摘要

无线通信技术的迅猛发展，促进了全集成射频前端产品的需要。集成射频前端通常采用差分技术实现，作为射频前端的关键部件之一，大多数天线设计为单端口器件，差分天线改变了传统天线的设计方法，直接把差分信号馈入到天线的两个端口，为设计高集成的射频前端提供了新的途径。与当前无线通讯设备的发展趋势相适应，天线越来越多的与其他通信设备集成在一起，而为了保证无线通讯系统的稳定运行，必须考虑电磁兼容的问题，考虑天线的辐射影响，这就需要对天线进行数值分析。天线数值分析就是是求解天线在其周围空间建立的电磁场。分析天线的方法有三种:传输线法、空腔模型和积分方程法，而其中传输线法最为简单，在工程上也常用传输线法来解决问题，利用传输线理论建立天线的传输线模型，能够从天线辐射的物理意义上了解其基本的电参数。
　　 本文主要研究了单频段差分微带天线和层叠式小型化差分双频微带天线的传输线模型。论文的主要内容分为以下几个部分:
　　 首先，介绍了差分微带天线和传输线模型的研究现状、表征天线性能的几个重要参数，及微带天线常用分析方法。
　　 其次，提出了一种小型化单频段差分微带天线。在微带贴片对称的位置上开了两个凹型槽，改变了贴片电流的路径，增加了电流的有效路径，等效加长了贴片的长度，实现了天线的小型化。天线采用同轴探针馈电，工作在2.39GHz。
　　 最后，设计了工作在2.4GHz和5.2GHz的层叠式小型化差分双频微带天线，并建立了其传输线模型。差分双频微带天线的半波长辐射贴片分布在上、下两层介质基板上，通过垂直过孔连接上、下层贴片，实现了微带天线小型化的目的;差分双频微带天线的上层贴片尺寸决定高频，上层贴片与下层贴片尺寸共同决定低频，实现了双频段谐振。传输线模型中将每段贴片都等效为一段传输线，传输线开路端等效为辐射缝隙，连接层叠贴片的过孔等效成并联的电阻、电容、电感。重点计算了上下层贴片之间的电磁耦合，导出了过孔的导纳计算公式。为了进一步验证了传输线模型的有效性，设计了工作在3.5GHz和5.8GHz的差分双频微带天线，仿真结果与计算结果基本吻合。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究内容和主要贡献

参考文献

第二章 微带天线基础理论

2．1 引言

2．2 微带天线的基本参数

2．2．1 输入阻抗

2．2．2 回波损耗

2．2．3 频带宽度

2．2．4 辐射方向图

2．2．5 效率

2．2．6 增益

2．3 微带天线的分析方法

2．3．1 传输线法

2．3．2 腔模理论

参考文献

第三章 单频段差分微带天线

3．1 引言

3．2 差分天线理论

3．2．1 差分天线的输入阻抗

3．2．2 差分天线的奇模反射系数

3．3 单频段差分微带天线设计

3．3．1 天线结构

3．3．2 天线敏感性分析

3．3．3 结果与分析

3．4 本章小结

参考文献

第四章 双频段差分微带天线

4．1 引言

4．2 双频段差分微带天线设计

4．2．1 天线结构

4．2．2 参数分析

4．3 双频段差分微带天线的传输线模型

4．3．1 传输线模型

4．3．2 模型验证

4．4 本章小结

参考文献

第五章 微带天线的加工与测量

5．1 微带天线的制作工艺

5．2 天线的测量

5．2．1 天线S参数的测量

5．2．2 天线远场特性的测量

参考文献

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

攻读学位期间取得的研究成果及参与科研的项目

致谢

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