陷波可重构超宽带印刷天线研究

论文摘要

超宽带（Ultra-wideband,UWB）技术作为短距离高速无线通信系统的热门实现方案,具有传输速率高、通信容量大、低检测率和截获率等诸多优点,受到越来越多的关注。超宽带技术的特点及其应用的特殊性,决定了超宽带天线的结构和辐射特性有别于其它天线,其研究具有十分重要的现实意义。本文针对单极子形式和宽缝隙形式两种常见类型的超宽带天线展开研究。阐述了超宽带天线的设计过程以及陷波结构的产生方法,设计了具有双陷波特性的两种类型的超宽带天线,并对天线的陷波频段进行可重构设计。主要研究成果如下:1、给出了超宽带天线的三种设计方法,以常规的矩形贴片和矩形缝隙作为研究基础,根据整体电流辐射方向一致的原则,设计出单极子形式和宽缝隙形式两种类型的超宽带天线。单极子天线的尺寸为0.28λ×0.17λ,比同类型天线的尺寸小30%,带宽（ VSWR≤2）覆盖2.75-10.9GHz;宽缝隙天线的尺寸为0.35λ×0.3λ,辐射效率比同类型天线提高了20%,频段范围为2.5-10.7GHz,具有良好的远场辐射特性。2、分析表面电流分布,设计在3.5GHz和5.5GHz两个频率处具有陷波特性的超宽带天线。在电流分布的密集区域设计陷波结构,在单极子天线中加入两个长度为λ2的“U”形缝隙,在宽缝隙天线中加入两个长度为λ4的“I”形支节和一个长度为λ2的“W”形支节,实现对电流辐射的有效抑制,两天线均出现双陷波特性。定性的给出了陷波天线的等效电路模型,对陷波产生的原理进行阐述。实测结果表明,两陷波天线的工作频带均覆盖3.1-10.6GHz,陷波频段包含了3.3-3.6GHz和5.15-5.875GHz,阻带内天线的增益比通带低10dB左右,达到了陷波抑制的目的。3、对陷波频段的可重构特性进行分析。选取RF MEMS开关作为可重构设计的控制元件,分别在单极子和宽缝隙天线的合适位置加入多个开关结构。对加入开关后天线的等效电路进行分析,并制作不同形式的超宽带天线。实测结果表明,控制开关状态的变化,两类双陷波天线均可以在无陷波、3.5GHz单一陷波、5.5GHz单一陷波和双陷波四个工作状态之间转换。天线的四种工作状态之间隔离度良好,达到了陷波频段的可重构设计的目的。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 超宽带天线发展简介
• 1.2.2 陷波超宽带天线的研究进展
• 1.3 本文主要工作及内容安排
• 第二章 超宽带天线的设计方法及相关陷波特性分析
• 2.1 印刷超宽带天线的常见设计方法
• 2.1.1 多谐振方法
• 2.1.2 电小尺寸辐射方法
• 2.1.3 相似辐射方法
• 2.2 具有陷波特性的超宽带天线
• 2.2.1 陷波频段设计需要满足的条件
• 2.2.2 陷波频段处天线的回波损耗分析
• 2.2.3 陷波频段可重构概念的提出
• 2.3 本章小结
• 第三章 印刷超宽带天线的设计与分析
• 3.1 印刷单极子形式的超宽带天线
• 3.1.1 天线结构设计
• 3.1.2 天线阻抗带宽分析
• 3.1.3 印刷单极子超宽带天线的远场特性
• 3.2 宽缝隙结构的超宽带天线设计
• 3.2.1 缝隙天线的阻抗计算
• 3.2.2 天线结构设计
• 3.2.3 天线的阻抗带宽分析
• 3.2.4 宽缝隙超宽带天线远场特性分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 双陷波超宽带天线设计与分析
• 4.1 印刷单极子形式的双陷波超宽带天线
• 4.1.1 陷波结构设计
• 4.1.2 阻抗带宽分析
• 4.1.3 单极子双陷波天线的陷波特性分析
• 4.1.4 天线制作和测试
• 4.2 宽缝隙结构的双陷波印刷超宽带天线
• 4.2.1 3.5GHz左右陷波结构设计
• 4.2.2 5.5GHz左右陷波结构设计
• 4.2.3 阻抗带宽分析
• 4.2.4 宽缝隙双陷波天线的陷波特性分析
• 4.2.5 天线制作和测试
• 4.3 本章小结
• 第五章 陷波频段的可重构设计方法
• 5.1 可重构开关的选取
• 5.1.1 开关需要满足的条件
• 5.1.2 RF MEMS开关的性能介绍
• 5.1.3 RF MEMS开关的结构和特性
• 5.2 单极子双陷波天线的陷波频段可重构设计
• 5.2.1 开关位置的选取以及对陷波特性的影响
• 5.2.2 陷波频段的可重构特性分析
• 5.2.3 天线制作和测试
• 5.3 宽缝隙结构双陷波天线的陷波频段可重构设计
• 5.3.1 开关位置的选取以及对陷波特性的影响
• 5.3.2 陷波频段的可重构特性分析
• 5.3.3 天线制作和测试
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 一、工作总结
• 二、下一步工作展望
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢