用于UWB定位系统的天线及射频前端研究与设计

摘要

随着技术的不断发展，宽带系统逐渐成为学术研究和工程应用的热点领域。特别是超宽带系统的发展使得无线宽带系统及相关器部件设计有了一个新的研究方向。本文基于超宽带定位系统，研究并设计了射频前端的几个关键器件，包括：具有陷波能力的全向及定向天线、宽带带通滤波器、宽带低噪声放大器。文中重点研究了平面印制天线的小型化和陷波方法，宽带滤波器的设计，并深入研究了低噪声放大器。
　　本文首先针对超宽带天线研究背景及目前通行的陷波方法做了广泛深入的研究，总结了超宽带天线设计的两大难点：1.如何利用小尺寸设计超宽带天线，2.如何在小型化的超宽带天线上采用简单结构方法设计陷波。基于这两个设计难点，本文对天线结构和陷波方法持续改进。在全向天线方面，利用C形槽精准设计单极子天线的陷波。实现在2GHz–13GHz的带宽基础上的双陷波特性。陷波位置在2.37-2.65GHz和5.136-5.433GHz，对于WLAN(2.405GHz-2.485GHz)和WiMAX(5.15GHz–5.35GHz)设计了良好的频响阻带。定向天线方面，本文首先针对平面准八木天线进行改造，以缩小尺寸。提出了利用Vivaldi结构设计平面八木天线的新思路，该方案缩减了原天线的尺寸，并且对指标没有产生影响。陷波方面，提出利用双偶极子设计陷波的全新方法。该方法仅通过调节偶极子间距和长度，即可以实现陷波位置的搬移，结构简单便于设计，理论上可以实现任意频点的陷波，依照此方案所设计天线带宽为3.08-11.12GHz，全面覆盖UWB频段，陷波从5.12GHz到6.08GHz，群时延仿真和实测结果显示，群时延小于0.5ns,证明天线具备良好的时域特性。
　　随后两章着重研究宽带滤波器和低噪声放大器，对每一个器件都做了具体深入的分析，通过设计案例对比总结出行之有效的设计方法。本文在天线研究的基础上对射频电路进行了深入的探索，系统的总结了滤波器和低噪声放大器的背景、技术指标和设计方法，文章内容全面系统。滤波器章节完成了交指型平行线滤波器的设计加工和测试对比。低噪声放大器章节首先深入的介绍了放大器的各项指标和一般设计方案，随后采用直联和反馈两种方案分别设计宽带低噪声放大器，通过两种手段的设计的比较，具体形象的说明反馈方案与经典方案的设计区别和工程设计的巨大优越性，为工程设计提供可靠参照。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 超宽带天线及陷波技术发展动态

1.3 微波射频前端发展动态

1.4 本文主要工作

第二章 超宽带天线和陷波技术的基础理论

2.1 超宽带天线时频域参数特性

2.2 超宽带天线设计的几种基本结构

2.3 陷波技术的理论方法和实现形式

2.4 本章小结

第三章 几种超宽带天线及新型陷波结构的研究设计

3.1 具备双陷波能力的全向超宽带天线设计

3.2 小型化超宽带八木天线设计

3.3 基于双偶极子结构实现陷波的准八木天线设计

3.4 本章小结

第四章 宽带带通滤波器的研究与设计

4.1 滤波器基本参数

4.2 宽带带通滤波器仿真设计

4.3 本章小结

第五章 宽带低噪声放大器的设计

5.1 放大器参数介绍

5.2 宽带放大器设计要点

5.3 一般级联结构低噪声放大器仿真设计

5.4 负反馈低噪声放大器仿真设计

5.5 本章小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果