基于透射增强特性新型高增益天线研究

摘要

伴随着无线通信的快速发展，小型化、低成本、高增益的天线在通信系统中越发显得重要，怎样提升天线增益也就成了一个比较棘手的课题。传统提高天线增益的方法有:在天线表面做阵列结构，或是在天线背面添加覆盖层。近几年，也有在天线金属层中建立适当结构，电磁波的增强效应会大大提升，从而达到提高增益的效果，这种基于透射增强原理的天线设计也渐渐成了研究热点。本文研究分析了透波增强理论和类Fabry-perot腔原理，通过在天线金属层中做阵列结构和添加覆盖层结构，分别设计了两款高增益的波导缝隙天线，并进行了加工，测试结果表明，天线的具备良好的增益和方向性。本文的主要工作如下:
　　(1)运用A.EStevenson和Hung Yuet Yee计算方法对缝隙天线的辐射原理以及缝隙之间的互耦作用进行了电路分析，为天线设计提供了理论支撑。
　　(2)研究分析了等离子体模型、衰逝波模型以及谐振腔模型的透射现象，针对谐振腔共振理论作了一些深入研究，通过对谐振腔的厚度和长度以及它的位置对透射特性影响的研究，发现谐振腔的位置提升的时候，缝隙的透射率是减少的，腔体的厚度和长度的增加可以增大透射率。
　　(3)结合类F-P腔和透射增强理论，通过在天线外部添加覆盖层结构，设计了一款高增益波导缝隙天线。与传统的天线相比，天线在中心频率10.9GHz和13.7GHz处的增益有了明显的提高，达到了11dB。
　　(4)为了进一步减小天线的体积，在金属板的上层做阵列结构，设计了另一款缝隙天线，天线在中心频率12.7GHz和15.0GHz处的增益达到了12dB，相比较前一款天线，这款天线的主体厚度减少了一半，具有低剖面的优势。

目录

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摘要

第一章 引言

1．1 课题研究背景与意义

1．2 高增益天线国内外研究现状

1．3 透射增强现状简介

1．4 主要研究内容及论文相关安排

第二章 缝隙天线的辐射理论和等效计算

2．1 波导缝隙天线的基本辐射理论

2．1．1 巴俾涅原理

2．1．2 半波振子天线理论

2．2 辐射缝隙的等效电路和阻抗计算

2．2．1 A．F．Stevenson计算

2．2．2 Hung Yuet Yee计算

2．3 提高天线增益的方法

2．4 本章小结

第三章 透射增强特性和类F-P腔理论

3．1 透射增强理论

3．1．1 表面等离子体

3．1．2 衰逝波理论

3．1．3 谐振腔模型

3．2 类F-P腔理论

3．3 具有谐振腔结构的金属透射增强特性研究

3．3．1 透射系数的对比

3．3．2 内嵌腔体位置对金属透射特性的影响

3．3．3 内嵌腔长度对金属透射特性的影响

3．3．4 内嵌腔厚度对金属透射特性的影响

3．4 本章小结

第四章 双频高增益天线设计

4．1 天线的设计

4．2 天线的相关参数介绍

4．3 加载覆盖层结构的天线设计

4．3．1 天线的结构

4．3．2 天线的实测与分析

4．4 具有阵列开腔结构的缝隙天线设计

4．4．1 天线的结构

4．4．2 天线的测试与结果分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间研究成果