基于无线局域网的微带天线阵研究

论文摘要

近些年来,天线作为通信、雷达、制导等无线电应用系统的关键设备,在功能、设计及制造工艺上都发生了巨大变化。平面天线以其体积小、重量轻、低剖面,能与载体共形、易集成、便于匹配等优点获得了更多青睐。本文主要对无线局域网的平面微带天线阵进行了研究。本文首先研究了微带天线的频带展宽技术,提出了一种具有带阻特性的超宽带天线。在超宽带无线通信要求的频带范围内,通过在圆形贴片上添加U型缝隙实现了5GHz WLAN频段上电压驻波比VSWR≥2的带阻特性。然后设计和分析了一种工作在2.4GHz频段（2400-2484MHz）的宽带平面单极子天线,仿真结果显示在2.44GHz时,天线的电压驻波比VSWR=1.06,带宽约为1.97GHz（VSWR<2）,增益约为2.5dB。但是由该辐射单元组成天线阵在馈电网络的布局上有一定的困难。在参考有关文献的基础上,设计了1×2的全向平面折合振子阵列天线,并以此作为天线单元设计了一个2×2的天线阵,仿真结果表明由10dB回波损耗定义的阻抗带宽达到了410MH（z2110-2520MHz）,在2.4GHz时,回波损耗|S11|=25.66dB,增益约为G=7dB,并在方位角平面实现了很好的全向辐射方向性。对实际天线阵的测量结果显示与仿真结果基本相符。WLAN协议IEEE 802.11b/g使用2.4GHz频段,并要求达到54Mbps高数据速率。同时,在WLAN基站或者接入点的应用中,需要利用在方位角平面具有全向辐射方向图和在俯仰角平面具有窄波束宽度的天线去覆盖较大的服务范围,因此移动通信和WLAN系统等无线通信领域需要具有大带宽、高增益和全向辐射方向图的印制电路微带天线及天线阵。本文用全向平面折合振子阵列天线组成了具有较大带宽和较高增益的平面振子天线阵。该天线阵的平面结构可用于膝上型电脑并很容易与房屋建筑相协调,例如可方便地挂在室外窗下或凉台上,也可平贴于屋顶的斜面上。该平面微带振子天线阵很适宜集成化大批量生产,并且不需要大量金属材料,有利于降低天线成本。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 微带天线的特点
• 1.5 WLAN 概述
• 1.5.1 WLAN 技术
• 1.5.2 WLAN 的基本结构
• 1.6 研究目的
• 1.7 可行性论证
• 1.8 本文研究的主要内容
• 2 微带天线基本理论
• 2.1 引言
• 2.1.1 微带天线定义和结构
• 2.1.2 微带天线的分类
• 2.1.3 微带天线的应用
• 2.2 微带天线工作原理
• 2.2.1 微带天线的辐射机理
• 2.2.2 微带天线的分析方法
• 2.3 微带天线的一般特性
• 2.4 馈电方法
• 2.4.1 微带线共面馈电
• 2.4.2 同轴线馈电
• 2.4.3 电磁耦合型馈电－口径耦合贴片
• 2.4.4 电磁耦合型馈电－临近耦合贴片
• 2.4.5 共面波导馈电
• 2.5 带宽技术
• 2.5.1 降低等效谐振电路Q 值
• 2.5.2 修改等效回路为多调谐回路
• 2.5.3 附加阻抗匹配网络
• 2.6 小型化技术
• 2.7 多频段工作
• 2.8 矩形微带天线的设计计算
• 2.9 微带天线的测量
• 2.9.1 发射机和接收机
• 2.9.2 转台
• 2.9.3 数据处理
• 2.10 本章小结
• 3 宽频带微带天线研究
• 3.1 常用宽频带技术
• 3.2 共面波导馈电超宽带天线设计
• 3.3 宽带平面单极子天线设计和分析
• 3.4 本章小结
• 4 用于无线局域网的微带天线阵设计
• 4.1 阵列天线概述
• 4.1.1 均匀线阵天线
• 4.1.2 平面阵列天线
• 4.2 全向平面折合振子天线设计
• 4.3 全向平面振子天线阵设计和分析
• 4.4 互耦效应对阵列性能的影响
• 4.4.1 互耦对阵元方向图的影响
• 4.4.2 互耦对阵元输入阻抗和匹配的影响
• 4.4.3 互耦对相控阵天线增益的影响
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文