宽带与多带平面天线研究

摘要

天线作为无线通信系统的关键部件，起着发射和接收电磁波的作用。随着无线通信技术的飞速发展以及人们对无线通信设备质量需求的不断提高，对天线的性能和功能都提出了更高的要求。传统的宽带和多带天线设计大多关注其带宽的提高和尺寸的减小，较少关注天线其他功能的实现。在天线的工程应用中，天线的极化多样性、天线的力学机械性能、天线的智能化工作等功能的增加将会实现多功能天线，增强天线的实用性，最终必将提高整个无线通信系统的性能。本文针对前面研究的不足，以宽带和多带平面天线为研究目标，主要探索并总结了实现多功能宽带和多带平面天线的一系列方法，也研究设计了小型化宽带多带平面天线。研究内容主要包括以下三个方面：一是超宽带(UWB)平面天线；二是宽带圆极化蒙皮天线及阵列；三是多带平面天线。
　　在超宽带平面天线方面，本文首先提出了一个具有“L”形地面延伸桩的UWB平面单极子天线，“L”形桩可以在低频段产生谐振并提高天线在中高频段的阻抗匹配性能，天线-10dB阻抗带宽不仅覆盖了UWB3.1-10.6GHz，而且实现了天线小型化。接着提出了一个小型化UWB双极化平面缝隙天线，该天线主要的辐射器为两个四分之一波长的阶跃型缝隙，两个辐射器正交分布，两根微带馈线也是正交分布，从而使该天线在很宽的工作频带（相对带宽为97％）内实现了双极化工作，并具有好的端口隔离度。
　　在宽带圆极化蒙皮天线及阵列方面，本文首先系统介绍了智能蒙皮天线的基本概念，特别是详细介绍了蒙皮天线结构。接着设计了一个宽带圆极化蒙皮天线单元，该天线单元不仅具有宽的-10dB阻抗和3dB轴比带宽，而且具有良好的力学性能。然后设计了一个一分三十二的功率分配器，该功分器在宽频段内反射损耗很小、插入损耗低。最后利用前面的天线单元和功率分配器，设计了一个4×8的蒙皮天线阵列，该阵列在20GHz附近具有较宽的-10dB阻抗带宽和3dB轴比带宽，增益大于20dBi，且阵列具有良好的力学性能，能够承受来自天线外部的较强作用力。
　　在多带平面天线方面，本文首先提出了一个紧凑的双频带双极化环-缝隙平面天线，该天线利用环的基模模式和缝隙的基模模式来获得双频带性能，共面波导馈线和微带馈线垂直分布以及矩形辐射器使天线能够实现双极化性能。接着提出了一个应用于WLAN/Wi-Fi的双频带圆极化平面单极子天线，该天线辐射器由“C”形和“L”形金属条带构成，天线的-10dB阻抗带宽和3dB轴比带宽都能完全覆盖所有的2.4/5.2/5.8GHz WLAN频带、所有的2.4/5.5GHz Wi-Fi频带。然后设计了一个紧凑的具有不对称地面和加载桩的三带双极化平面单极子天线，不对称地面和加载桩的引入使天线在高频段能获得圆极化性能，在低频段和中频段为线极化。最后设计了一个应用于GPS/WLAN的三带平面单极子天线。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 宽带多带天线研究进展

1.3 本文的主要创新

1.4 本文的主要内容和安排

第二章 超宽带平面天线

2.1 引言

2.2 单极子天线理论基础

2.3 缝隙天线理论基础

2.4 一个紧凑的具有L形地面延伸桩的UWB平面单极子天线

2.5 小型化UWB双极化平面缝隙天线

2.6 本章小结

第三章 宽带圆极化蒙皮天线及阵列

3.1 引言

3.2 智能蒙皮天线基本内涵

3.3 宽带圆极化蒙皮天线单元设计

3.4 馈电网络设计

3.5 宽带圆极化蒙皮天线阵列设计

3.6 本章小结

第四章 多带平面天线

4.1 引言

4.2 一个波长方环天线理论基础

4.3 一个紧凑的双频带双极化环-缝隙平面天线

4.4 一个应用于WLAN/Wi-Fi的双频带圆极化平面单极子天线

4.5 具有不对称地面和加载桩的三带双极化平面单极子天线

4.6 一个应用于GPS/WLAN的三带平面单极子天线

4.7 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间取得的成果