宽带多频圆极化微带天线的研究与设计

摘要

当今无线通信技术发展迅速，日渐缺乏的频谱资源迫切需要天线具有宽带化、多频化等特点。很多无线通信系统使用圆极化技术来提升系统的稳定性和可靠性，例如无线局域网WLAN，全球微波互联接入WiMAX和蓝牙Bluetooth等等。因此本论文以微带天线为主要研究对象，研究目标为实现工作在WLAN、WiMAX和Bluetooth应用频段的宽带、多频化以及小型化的圆极化微带天线。具体的研究内容主要有以下：　　本文首先设计了一款共面波导(coplanar waveguide)馈电的双频圆极化微带天线，通过接地板高度的不对称性、两个延伸至缝隙内部的弯折枝节以及地板右下角垂直缝等结构的微扰，从而实现了双频圆极化的特性。天线的三个阻抗带宽分别为2.19-3.15GHz，3.25-3.7GHz和4.14-7.02GHz，两个轴比带宽分别为2.15-2.56GHz和4.58-5.88GHz。　　其次在第一款天线的基础上进行了改进，设计了一款三频圆极化微带天线。天线改进之后的结构更简单，即增加了馈电结构的长度，简化了部分扰动枝节结构。经改进后的天线形成两个阻抗带宽，分别为62%(2.22-4.21GHz)，21.4%(4.84-6GHz)。天线的轴比带宽分别为13%(2.17-2.47GHz)，8.3%(3.46-3.76GHz)，36%(4.17-6GHz)，在三个轴比带宽内均向主轴方向辐射右旋圆极化波。　　接下来，本文基于矩形宽缝隙天线的宽频特性，以及融合天线的多个工作模式，设计了一款双频宽缝圆极化天线。为了实现双频圆极化特性，在矩形缝隙天线中引入合理的扰动结构。天线的整体尺寸为35×35×1.6mm3，天线具有一个工作带宽，为2.22-6GHz，相对带宽为92%。轴比带宽分别为2.94-3.44GHz和5.25-5.88GHz，低频段天线峰值增益在3.4dBi左右，高频段在6.5dBi左右。并且在两个圆极化带宽内均向主轴方向上辐射右旋圆极化波。所提出的天线的工作带宽可以完全覆盖WLAN2.4/5.2/5.8GHz频段和WiMAX2.5/3.5/5.5GHz频段。　　最后，基于传统微带单极子天线结构，通过打破天线表面电流的对称性实现宽带圆极化特性，即改变馈电位置和单极子贴片相对于馈线的位置，使天线辐射贴片和接地板同时参与辐射。继而通过在接地板引入缝隙结构进一步实现宽带圆极化特性，最后天线实现了50.8%(3.72-6.25GHz)的圆极化带宽，在轴比带宽内的增益为3.0dBi左右。天线的大小为30×35×1.6mm3，并具有两个阻抗带宽，分别为2.76-6.83GHz和7.53-9.72GHz。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 加载寄生单元实现宽带和多频圆极化

1.2.2 宽缝隙结构实现宽带和多频圆极化

1.2.3 单极子结构实现宽带和多频圆极化

1.2.4 引入馈电网络实现宽带圆极化

1.3 论文主要研究内容及安排

第2章 微带天线原理基础及圆极化设计方法

2.1 微带天线的基本参数

2.1.1 输入阻抗和反射系数

2.1.2 工作带宽

2.1.3 方向图与方向性函数

2.1.4 增益

2.1.5 效率

2.2 微带天线基本理论

2.2.1 微带天线的结构分类

2.2.2 微带天线工作原理及分析方法

2.2.3 微带天线的馈电方式

2.3 微带天线的圆极化技术

2.3.1 极化

2.3.2 微带天线圆极化的实现方法

2.4 本章小结

第3章 双频及三频圆极化天线设计

3.1 引言

3.2 双频圆极化开缝天线设计

3.2.1 天线结构及设计思路分析

3.2.2 天线参数仿真分析

3.2.3 天线结果与分析

3.3 改进的三频圆极化天线设计

3.3.1 天线结构及设计思路分析

3.3.2 天线参数仿真分析

3.3.3 天线结果与分析

3.4 本章小结

第4章 双频及宽带圆极化天线设计

4.1 引言

4.2 双频圆极化微带宽缝天线设计

4.2.1天线结构及设计思路分析

4.2.2天线参数仿真分析

4.2.3天线结果与分析

4.3 宽带圆极化微带单极子天线设计

4.3.1天线结构及设计思路分析

4.3.2天线参数仿真分析

4.3.3天线结果与分析

4.4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文