具有带陷性能的超宽带天线分析与设计

作     者：焦婧 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵永久

授予年度：2009年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：超宽带天线 带陷性能 微带贴片 共面波导 小型化 

摘      要：超宽带(Ultra Wide-band,UWB)无线通信系统中的天线技术是本文的研究内容。随着超宽带技术的发展,特别是2002年FCC向超宽带通信开放3.1GHz-10.6GHz频段后,实用系统对超宽带天线的需求急剧增加。从超宽带天线的发展趋势来看,结合平面化、小型化和智能化特点的天线已逐渐成为设计的主流。因此开展对超宽带天线的研究,既符合工程应用的客观需要,同时也把握了学术研究的前沿。 本文对超宽带天线的发展历史与研究现状进行了综述;详细分析了超宽带天线的主要性能参数,实现方式,带陷性能以及分析方法,并结合超宽带系统的特点给出超宽带天线的设计要求;基于以上研究与分析,设计了两种超宽带天线结构,使用理论分析和软件仿真相结合的方法,对这两种结构的超宽带天线进行了研究,并且对这两种天线结构进行改进,利用加载结构实现针对特殊频段的带陷性能,进一步研究了加载结构对带陷性能有影响的因素。 在具有带陷性能的微带印刷单极子超宽带天线的设计与分析中,首先结合微带贴片天线的传输线模型理论和空腔模型理论,给出了微带贴片天线的尺寸与谐振频率、输入阻抗的关系。接下来在传统圆环微带天线基础上,引入圆弧形切口,使天线的带宽达到3.4倍频程;加载矩形短截线,使天线得到5.09GHz-5.88GHz (WLAN系统)的带陷性能,并由Ansoft HFSS仿真结果分析验证。该天线结构对称,简单易加工,反射损耗小于-10dB的频带范围为3.18GHz-11.47GHz,频带内具有良好的辐射特性,具有带陷性能,并且改变短截线长度L可以有效改变带陷中心频率,实现带陷可调。 对共面波导超宽带天线进行结构改进与小型化,得到具有双带陷性能的小型化共面波导单极子超宽带天线。通过在圆角矩形辐射单元上加载开环圆形缝隙,实现了频段为3.28GHz-3.61GHz(Wimax系统)的带陷性能;通过在共面波导导带上加载谐振单元,实现了频段为5.12GHz-5.93GHz的带陷性能。对天线的尺寸进行了优化,使其最大尺寸仅为27 mm ? 29mm。该天线结构小型化,覆盖3.0GHz-12GHz的无线通信频段,拥有双带陷性能,并在频段内具有稳定的辐射方向图。