基于近场耦合谐振原理的紧凑化天线研究

摘要

随着无线通信系统不断向着高度集成化方向发展，天线的小型化、紧凑化研究变得越来越为重要，成为当下的一个研究热点。相比于传统的通过加载电阻、电抗、介质、曲折线、槽缝隙以及短路探针等实现天线小型化的方法，利用近场耦合谐振原理实现天线的深度小型化有着独特的优势：不需要阻抗匹配网络就可以实现与信号源的良好匹配，并且天线具有很高的辐射效率。本论文利用近场耦合谐振原理，针对于特定的小型化、紧凑型天线设计难题，探索相应天线设计的新思路与方法，提出将近场耦合谐振技术与惠更斯源天线原理相互融合进行高性能、小型化天线设计，并进一步将该技术应用于双频带天线以及具有陷波功能的超宽带天线的设计中，丰富了小型化、紧凑化天线的设计思路。　　首先，本文论述了近场耦合谐振原理与紧凑化天线的研究背景和意义，并总结了近年来近场耦合谐振原理和紧凑化天线的研究情况；其次，阐述了天线的基本概念，从阻抗匹配和辐射特性两个角度出发介绍了相关的性能参数，以及参数之间的相互关系；接下来，设计了两款低剖面、具有优良边射特性的电小惠更斯源天线，利用具有前向辐射特性的天线模型说明了惠更斯源天线的工作机理和设计步骤，并利用具有后向辐射特性的天线模型探索了如何提升天线的辐射效率；进一步，提出了一款基于裂口谐振环的双频带贴片天线，裂口谐振环单元位于辐射贴片的近场，利用两者之间相互耦合产生的电谐振，得到了一个频率远低于辐射片基模的新谐振频点，并且通过三次谐振模拓展了辐射片固有的工作带宽，天线在两个工作频段内都具有良好的辐射效率和稳定的边射特性；最后，将近场耦合谐振原理应用于双陷波独立连续可调的超宽带天线的研究，利用两种不同的工作机理产生两个陷波，解决了双陷波相互独立的问题，借助于变容二极管，实现了陷波的连续可调。上述三款天线的实现说明了近场耦合谐振技术在提升结构紧凑天线的辐射性能以及设计多功能天线等领域具有巨大的潜力和研究价值。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 内容安排

2 天线基础理论

2.1 引言

2.2 天线的主要性能参数

2.3 本章小节

3 具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线

3.1 引言

3.2 近场耦合谐振的电小偶极子天线设计

3.3 惠更斯源天线设计

3.4 本章小节

4 紧凑型双频带贴片天线

4.1 引言

4.2 天线设计

4.3 天线性能

4.4 工作机理分析

4.5 本章小节

5 具有陷波可调功能的紧凑型超宽带天线设计

5.1 引言

5.2 结构紧凑的单极子UWB天线设计

5.3 两款单陷波独立连续可调的紧凑型UWB天线设计

5.4具有双陷波独立连续可调功能的紧凑型UWB天线设计

5.5陷波工作机理的分析

5.5 本章小节

6 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利目录

C. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目