超宽带平衡天线及其馈电网络的设计与研究

摘要

随着射频通信技术的飞速发展，射频通信也渐渐融入了我们工作、生活的各个方面，应用领域越来越广泛。目前，超宽带、小型化、低成本等特点不断成为射频通信系统的方向发展，这使得射频通信系统中天线的研究工作既存在机遇又存在挑战。宽带平衡天线是目前射频前端系统中常用的平面天线，本文以Vivaldi天线为例详细讨论平衡天线的超宽带设计。为了避免天线馈电网络对天线阻抗带宽、辐射特性等特性的影响，本文采取单独分析天线辐射贴片的方式，对比不同类型的改进方式，最终提出了一种较优良的拓宽Vivaldi天线阻抗带宽的终端加载形式，采用电磁仿真的手段分析了天线终端加载对天线带宽及辐射特性的影响，可以对今后的Vivaldi天线设计提供指导。在得到性能较优异的天线辐射部分之后，本文选择了巴伦馈电的方式来为所提出了Vivaldi天线辐射贴片提供馈电。接着，设计了一种新型超宽带巴伦结构，该巴伦是基于宽带过渡结构设计。本文通过电场分布的分析方法详细阐述了该巴伦的工作过程及实现原理。巴伦的仿真结果显示该巴伦具有超宽的工作带宽，而且两个平衡输出端口具有良好的相位平衡和幅度平衡特性。
　　本文提出了巴伦馈电的超宽带Vivaldi天线结构，并对该天线进行了软件仿真分析。为了进一步验证天线性能，将该天线进行了加工测试。从结果曲线的对比可以看出，天线的测试结果和仿真结果较一致，测试结果显示所提出的天线可以工作在0.9 GHz到6 GHz，具有超宽带的工作带宽。天线的方向图结果显示所设计的天线在通带范围内具有典型的Vivaldi天线的定向辐射特性。在1.25 GHz时，天线有4.7 dB的最小增益;在6 GHz时有8.1 dB的最大增益。说明超宽带巴伦的馈电方式对Vivaldi天线的阻抗带宽、辐射特性等性能影响较小。另外，天线的尺寸为133 mm×117.5 mm，相对于未加载的传统Vivaldi天线，所提出的天线尺寸大大减小。因此，本文所提出的巴伦馈电的超宽带Vivaldi天线设计对超宽带平衡天线的设计有实际的科研价值和工程应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 平衡天线的研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 超宽带天线原理

2．1 天线的基本技术指标

2．2 超宽带天线

2．3 宽带天线简介

2．4 拓宽天线阻抗带宽的主要方式

2．5 巴伦简介

2．5．1 巴伦的基本理论

2．5．2 巴伦的主要参数

第三章 Vivaldi天线设计

3．1 Vivaldi天线相关理论

3．1．1 Vivaldi天线的结构

3．1．2 Vivaldi天线的特性

3．1．3 天线上的电流分布

3．2 终端加载的Vivaldi天线设计

3．2．1 Vivaldi天线的发展

3．2．2 天线结构设计

3．2．3 Vivaldi天线参数特性分析

第四章 巴伦馈电的超宽带平衡天线设计

4．1 Vivaldi天线的馈电方式及原理

4．2 巴伦的主要种类

4．3 新型超宽带巴伦设计

4．3．1 巴伦的电路结构及设计原理

4．3．2 巴伦的结果分析

4．4 巴伦馈电的超宽带Vivaldi天线设计

4．4．1 巴伦馈电的Vivaldi天线结构设计

4．4．2 超宽带Vivaldi天线的特性分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 本课题的后续展望

参考文献

致谢

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