新型多频段精准可调谐天线研究

摘要

随着现代通信技术的飞速发展和无线通信信息系统多功能化、超带宽以及大容量的不断需求，同一通信设备需要的天线数量将不断增加，这样将导致系统模块体积增加、负重增加、电磁不兼容、噪声干扰等问题。因此，为了在扩展系统功能的同时，满足减小系统体积、简化硬件模块、灵活调节频率等要求，采用具有频率调谐作用的单一天线为以上问题提供了一个很好的解决方案，可以极大地改善设备整个系统的性能，解决传统设计对无线通信系统发展的制约，使系统具有灵活多变的频率和辐射性能。
　　本文的研究围绕可调谐天线展开，以微带天线为基础进行设计，提出了两种实现可调谐天线的设计方案并比较了其优劣性。论文主要内容分为以下几部分：
　　1.本文简要介绍了可调谐天线的基本概念和研究背景，针对频率可调谐天线的国内外现状进行了分析和总结，介绍了天线的基本参数并进行了解决方案的比较和选择。
　　2.本文从传统的设计方法出发设计了一款同轴馈电矩形开缝的微带天线，通过在地面以及辐射贴片两侧加载可变电容实现天线的连续频率的调谐以及阻抗调配，同时在矩形辐射贴片缝隙中加载RF MEMS开关实现天线离散频率的变化，这样可以实现天线调谐频率范围的拓宽。仿真结果证明所设计的天线实现了1.8GHz~2.5GHz的频率范围，在整个频率范围内回波损耗都能够小于-10dB。
　　3.本文提出了一种基于带通滤波器和 UWB天线新颖可调谐天线的设计方法。该方法使用带通滤波器作为UWB天线馈线，天线谐振频率将由带通滤波器所决定。因此，可以通过在带通滤波器上加载RF MEMS开关以及变容二极管改变滤波器的谐振电长度来改变天线的谐振频率。这一设计思想颠覆了传统的设计思路，可以在不改变天线输入阻抗、不改变馈线阻抗的前提下实现可调谐天线。仿真和实测结果均证明了该设计的有效性，在1.7GHz~2.15GHz、2.27GHz~2.7GHz、2.76GHz~3.15GHz范围内都能达到-15dB以下的回波损耗，阻抗匹配良好。理论上该天线的频率调谐范围可以达到与超带宽天线带宽一样。
　　4.本文将两种设计思想进行了比较，分析了各自的优点和缺点。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本论文的研究内容和主要工作

第二章 微带天线的基本理论和可调谐天线的重构机制

2.1 天线的基本参数

2.2 微带天线

2.3 微带线

2.4 可调谐天线

2.5 小结

第三章 可调谐天线实现方案及相关器件的选择

3.1 频率调谐天线实现方法

3.2 器件的选择

3.3 天线类型的选择

3.4 CST仿真软件简介

3.5 小结

第四章 基于矩形开缝的精准可调谐微带贴片天线

4.1 参数设计

4.2 开关加载对天线频率特性的影响

4.3 变容二极管的加载对天线频率特性的影响

4.4 天线设计

4.5 小结

第五章 基于带通滤波器和UWB的精准可调谐天线

5.1 带通滤波器的设计

5.2 UWB天线的设计

5.3 基于带通滤波器与UWB的窄带天线设计

5.4 窄带精准可调谐天线设计

5.5 直流偏置电路加载以及天线的实现

5.6 测试结果

5.7 小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献