平面多功能融合天线的理论与技术方法研究

摘要

随着无线通信技术的发展,作为无线系统中重要器件的天线也将会面临越来越多的挑战.多种功能融合的微带天线以其紧凑的结构、多变的模式、易于集成的特点,广泛应用于宽频带、多频带天线以及滤波器设计之中.在不断提出新挑战的通信领域中,多功能融合的平面天线的研究将具有重要意义.本文对于功能融合天线的研究主要集中在设计了将双波束以及波束扫描功能融合于一体的网格天线以及基于贴片天线多个模式而设计的双频天线.主要内容概括如下: 1.首先,介绍了贴片天线腔模理论,并基于此模型得出贴片天线在多个模式下的等效电路.同时,介绍了传统微带环形结构的磁壁模型,展示环形结构存在的电场分布模式.基于环状结构的模型,对网格天线的基本工作原理进行了介绍与分析. 2.基于传统网格天线模型,设计了一款同轴馈电多端口多波束的网格天线,通过对各个端口等幅不同相馈电,最终实现具有双波束以及单波束扫描的功能特性.双波束在天线E面实现了±17°的张角,单波束在天线E面实现从-20°到20°的扫描范围. 3.基于贴片天线谐振腔模型,分析了在矩形贴片内部添加铜柱时,对贴片谐振频率的影响以及模式的构成.基于此理论,利用环天线以及嵌入其中的贴片天线设计了一款单馈电双频天线.贴片天线因加载短路铜柱而产生的TM00传输模用于激励环形天线,使之工作在低频段2.45GHz.通过在贴片上开水平槽而减小其尺寸,贴片天线得以嵌入环天线内,利用同轴馈电激励起贴片天线的TM10模,使其工作于高频段5.2GHz.测试结果显示,工作带宽分别为低频段20MHz(2.44GHz-2.46GHz)以及高频段170MHz(5.11GHz-5.28GHz),对应的最大增益为6.9dBi和9.6dBi.

目录

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第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外发展现状

1.2.1 网格天线发展背景

1.2.2 平面双频天线发展现状

1.3 本文主要工作及结构安排

第二章 微带腔模理论及网格天线的工作原理

2.1 微带腔模理论

2.1.1 贴片结构腔模理论

2.1.2 环状结构腔模理论

2.2 网格天线的工作原理

2.3 本章小结

第三章 多端口多波束的网格天线设计

3.1 多端口多波束网格天线的结构介绍

3.2 多端口多波束网格天线设计过程

3.2.1 网格天线的尺寸确定

3.2.2 网格天线辐射模式讨论

3.2.3 天线各尺寸参数对辐射模式的影响

3.3 多端口多波束网格天线加工与测试

3.4 本章小结

第四章 双频微带天线研究与设计

4.1 双频微带天线的结构介绍

4.2 双频微带天线原理探究与设计过程

4.2.1 方形环的设计

4.2.2 贴片天线TM00模产生的理论分析

4.2.3 矩形贴片非辐射边添加端口的影响

4.2.4 短路销钉对贴片的影响

4.2.5 开槽以及贴片结构尺寸的影响

4.2.6 整合方形环与矩形贴片

4.3 微带双频天线的加工与测试

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果