基于WLAN/UWB无线通信系统的小型微带天线设计

摘要

随着人类的进步和科学技术的飞速发展，在人们的日常生活和工作中，信息和知识已成为了社会以及经济发展的战略资源和基本要素。人类需要频带更宽的无线通信技术，来满足当代无线通信设备的需求。无线通信设备也正在逐渐向多媒体化、普及化、多样化以及全球化的目标发展。其中，通信网络的多元化对无线通信系统提出了更严格的要求，这将进一步促进无线电通信技术的发展。天线作为无线通信领域中不可缺少的部件之一，将对无线通信系统性能的好坏产生最直接的影响。传统设计的天线有些尽管也具有良好的传输性能，但尺寸较大，已经无法适应当代小型化发展的需求。微带天线具有质量轻、成本低、体积小、容易制造且易与其他射频微波电路集成等优点，具有巨大的利用价值，已经广泛地被业内各界人士看好，成为了当前天线研究中的热门之一。
　　本论文主要针对小型化微带天线进行分析、改善与设计，通过理论分析、软件仿真以及实验测试等方法，提出了几种新颖的小型化微带天线结构，分别应用在2.4GHz/5GHz的无线局域网(WEAN)频段以及3.1-10.6GHz频段的超宽带(UWB)通信系统中。
　　首先，本文先简单地概括了微带天线的基础理论，通过对微带天线的构造以及原理的分析，给出了微带天线完成小型化、宽频以及多频技术的方式。在分析每个技术时，先从概念入手，然后论证每个技术实现的可行性及存在的不足之处。
　　然后，对2.4GHz/5GHz频带范围内的天线进行探索，本文研究了基于无线局域网(WLAN)的小型双频微带天线设计技术。基于对传统微带天线的研究与改良，通过改进不同形状的辐射贴片的外形，设计出一种应用于无线局域网(WLAN)的小型双频平面单极子天线，该天线的微带贴片为一个长方形环状结构，尺寸与一般接口的RF电路兼容，非常适合与射频前端电路集成。且仿真与实际测量结果均显示，该天线能够完全覆盖无线局域网划定的工作频段，并且具备良好的辐射特性。
　　最后，研究了小型超宽带天线的设计技术。基于传统圆形贴片天线的研究与改进，提出了一种能够覆盖超宽带无线通信体系全部频带的小型共面波导馈电的天线结构。并且在此基础上引入了U型槽结构，使其在4.9GHz-6.0GHz频段上也具有陷波特性，从而避免了在该频段与其他通信系统的干扰。通过仿真和实验可以得出，这两款天线都可以完全工作在超宽带无线通信系统，并且具有优良的辐射特性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 微带天线简介

1．3 WLAN-无线局域网

1．3．1 无线局域网的发展及研究现状

1．3．2 无线局域网的协议标准

1．3．3 无线局域网的应用

1．3．4 WLAN天线的研究现状与意义

1．4 UWB(Ultra Wide Band)-超宽带

1．4．1 UWB通信技术简介

1．4．2 UWB天线的研究背景与现状

1．5 论文的主要内容

2 微带天线的基本理论

2．1 微带天线的基本结构

2．2 微带天线的特点与应用

2．3 微带天线的分析方法

2．3．1 传输线模型分析法(TIM，Transmission Lifie Model)

2．3．2 腔体模型法

2．3．3 全波理论法(IFM)

2．4 本章小结

3 微带天线的小型化及宽频带技术

3．1 微带天线小型化方法

3．1．1 采用高介电常数的材料

3．1．2 曲流技术

3．1．3 加载技术

3．2 微带天线的宽频带技术

3．2．1 降低等效谐振电路的Q值

3．2．2 改变微带天线的结构

3．2．3 改进馈电方式

3．3 微带天线的多频带技术

3．4 本章小结

4 小型WLAN双频微带天线的分析与设计

4．1 概述

4．2 WLAN双频天线的设计

4．2．1 天线的结构

4．2．2 参数分析

4．3 仿真与实测结果

4．3．1 阻抗带宽

4．3．2 电流分布

4．3．3 辐射方向图

4．3．4 天线的增益

4．4 本章小结

5 小型UWB天线分析与设计

5．1 引言

5．2 非对称圆环单极子超宽带天线设计

5．2．1 天线结构

5．2．2 仿真与实测结果

5．3 5GHz频段陷波特性小型UWB天线设计

5．3．1 天线结构

5．3．2 仿真与实测结果

5．4 本章小结

6 结束语

6．1 全文总结

6．2 对未来的展望

参考文献

硕士期间完成的论文

致谢

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