小型化超宽带与极宽带印刷天线

论文摘要

为满足信息战电子对抗系统、电磁兼容和UWB无线通信等国民经济和军事应用的迫切需求,本论文对小型化超宽带印刷天线作了较深入的研究。针对天线的小型化、超宽的阻抗带宽、全向辐射特性以及带阻功能等需求,提出了多种不同结构形式的平面超宽带天线,并做了电磁仿真与实验验证。论文主要包括以下四方面创新性成果:(1)为了实现超宽带印刷单极天线,通过分析椭圆单极天线上的电流分布,提出了带孔的椭圆单极天线,并采用了由渐变到均匀的共面波导馈电形式。实测结果表明,天线获得了24.1:1的比带宽(VSWR≤2),覆盖频率范围0.44～10.6GHz,在工作频段上可实现较稳定的全向辐射。(2)为实现小型化和极宽带宽,提出了半椭圆单极天线,并将新型液晶聚合物(LCP)材料应用于印刷单极天线的设计中。通过分析主要参量对天线性能的影响以及优化设计,实验结果表明,半椭圆单极天线不仅具有25.7:1的驻波比不大于2的极宽带特性,在工作频段上实现较稳定的全向辐射,而且电尺寸较小,为0.21λ_l×0.11λ_l,其中λ_l为天线最低工作频率的自由空间波长。而采用LCP材料优化设计的天线,获得了超过30:1的极宽带宽,面积只有0.18λ_l×0.13λ_l,且更适合于与其它部件的电子封装及集成。(3)以椭圆单极天线为设计原型,提出一种新型的半单极印刷天线结构。通过分析优化结构参数及修正金属地板形状,设计出了物理尺寸为其原型天线43%的半单极印刷天线。测试结果表明该天线具有比带宽达25.9:1的极宽阻抗带宽和近似全向的辐射特性,测量的驻波比不大于2的阻抗带宽覆盖了从0.795GHz到20.6GHz频段。(4)为了避免UWB系统对无线局域网(WLAN)系统的干扰,通过在辐射贴片上开一个U形缝隙,设计了一种具有频带阻断特性的超宽带矩形印刷单极天线。缝隙各参数对频带阻断特性影响的分析表明,频带阻断特性可通过控制U形缝隙的位置来实现,而通过调整缝隙的长度和宽度可以改变所阻断频带的位置及带宽。实验结果表明所设计的天线实现了5.07GHz到5.85GHz的阻带特性,且具有阻抗带宽达15:1(0.595GHz～8.95GHz)的超宽带特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 超宽带技术简介
• 1.2.1 超宽带技术背景
• 1.2.2 超宽带技术的特点
• 1.2.3 超宽带技术的应用
• 1.3 超宽带平面天线的研究现状及应用
• 1.3.1 超宽带平板单极天线
• 1.3.2 超宽带印刷单极天线
• 1.3.3 超宽带印刷缝隙天线
• 1.3.4 具有带阻功能的超宽带平面天线
• 1.3.5 超宽带天线的应用
• 1.4 超宽带天线的主要分析方法
• 1.4.1 常用数值计算方法
• 1.4.2 各算法比较
• 1.4.3 常用仿真软件
• 1.5 本论文研究内容及主要贡献
• 第2章 超宽带印刷单极天线的研究
• 2.1 引言
• 2.2 研究背景
• 2.2.1 共面波导理论
• 2.2.2 盘锥天线平面化
• 2.3 带孔的椭圆盘超宽带单极天线
• 2.3.1 结构设计
• 2.3.2 参数分析及优化
• 2.3.3 性能分析
• 2.4 小结
• 第3章 小型化极宽带印刷单极天线
• 3.1 引言
• 3.2 小型半椭圆盘极宽带单极天线
• 3.2.1 结构设计
• 3.2.2 参数分析及优化
• 3.2.3 性能分析
• 3.3 采用液晶聚合物（LCP）材料设计的极宽带单极天线
• 3.3.1 天线设计
• 3.3.2 性能分析
• 3.4 小结
• 第4章 半单极结构的超宽带印刷天线
• 4.1 引言
• 4.2 半单极结构印刷天线的设计
• 4.2.1 天线结构设计
• 4.2.2 馈电结构分析及设计
• 4.2.3 渐变半CPW馈电模型的参量分析及优化
• 4.3 性能分析
• 4.4 小结
• 第5章 超宽带矩形单极天线的频带阻断
• 5.1 引言
• 5.2 天线结构设计
• 5.3 天线带阻特性分析
• 5.3.1 U形缝隙位置参量d对带阻特性的影响
• s对带阻特性的影响'>5.3.2 U形缝隙长度参量L_s对带阻特性的影响
• s对带阻特性的影响'>5.3.3 U形缝隙宽度w_s对带阻特性的影响
• 5.4 性能分析
• 5.5 小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 本论文的主要工作及其创新点
• 6.2 超宽带印刷天线设计心得与体会
• 6.3 未来工作展望
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间发表和录用的论文
• 作者在攻读博士学位期间承担和参与的项目
• 作者在攻读博士学位期间获奖情况
• 致谢