环形天线的小型化技术研究

摘要

电小天线的基本限制决定了天线尺寸与带宽之间的制约关系，而无线通信技术的发展要求实现天线的宽带小型化，因此如何在保证天线宽频特性的同时缩小天线尺寸，提高天线的辐射效率成为了现阶段电小天线的研究重点。
　　本文首先阐述了电小天线的基本理论和宽带小型化的各种方法，并将其划分为常规方法和非常规方法两大类，其中非常规方法特指利用电磁超介质改善电小天线性能的方法。本文以环形天线为研究对象，主要做了以下几方面的工作：
　　第一，根据项目要求及参考欧洲点式应答器标准制定了车载BTM天线的设计指标，基于高速铁路查询应答系统的工作原理，开展了天线设计工作。天线采用印制板形式，通过内外嵌套的双环结构提高辐射电阻，其中大环用于发射 f1(MHz)高功率电磁波；小环用于接收 f2( MHz)的路段信息。由于两个环都是严格意义上的电小天线，天线Q值很高，因此通过在环上加载电阻降低了天线的Q值，展宽了天线带宽。天线设计中还采取了电容加载和匹配网络等常规方法，最后搭建系统测试平台，通过实验验证了天线的设计方法；
　　第二，基于流星余迹通信系统和车辆跟踪的应用要求，设计了一种无匹配网络的全向环形天线（工作频率43MHz），通过改变天线结构，使全波长环形天线沿环电流一致，从而产生全向辐射方向图，天线最大增益大于5dBi，天线上加载有一开口环，提取了开口环的曲线方程，分析发现，通过加载开口环增加了天线的辐射电阻，同时也拓展了天线宽带，使天线无需匹配网络就能达到300KHz的带宽要求，天线的辐射效率提高了33.36％；
　　第三，总结了复合左/右手传输线（CRLH-TL）理论在电小天线上的应用实现方法，提出了两种新的设计思路，分析了前人利用CRLH-TL结构实现全波长环形天线全向辐射及小型化的研究成果，首次从传输线理论的角度分析了共面波导激励槽环天线（CFS-LA）的谐振模式，得出CFS-LA的第一个工作模式为n?3的结论，在此基础上提出了一种电感加载的 CFS-LA，天线由四个简化的复合左/右手传输线结构单元构成，实验结果表明，加载电感后，天线的第一个工作模式下降为n=2，天线的尺寸相应减小了32.12%，效率提高了15.94%，相对带宽达到9.80%。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景和意义

§1.2 电小天线的宽带小型化方法概述

§1.3 论文的主要工作和章节安排

第二章 电小天线及CRLH-TL理论

§2.1 电小天线理论

§2.2 CRLH-TL理论

§2.3 SCRLH-TL结构

§2.4 CRLH-TL理论在电小天线上的应用思路

§2.5 本章小结

第三章 宽带小型化环形天线

§3.1 环形天线的基本理论

§3.2 高速铁路车载BTM天线

§3.3 一种新颖的流星余迹通信天线

§3.4 本章小结

第四章 基于电磁超介质的高性能环形天线

§4.1 全向环形天线的各种形式

§4.2 左手加载环形天线

§4.3 共面波导激励槽环天线

§4.4 基于SCRLH-TL理论的共面波导激励槽环天线

§4.5 电感加载共面波导激励槽环天线的实现

§4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 主要工作及创新点

5.2 工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果