基于多模谐振的宽带天线研究与设计

作     者：张宥诚 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王友保

授予年度：2021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：微带缝隙天线 宽带 多模谐振 特征模理论 

摘      要：微带天线具有低轮廓、轻质量、低成本和易于与微波电路集成等优点,其被广泛地应用在雷达、卫星等无线通信领域。随着无线通信技术的不断进步,通信设备朝着小型化、集成化、宽带化和智能化的方向不断发展,微带天线的窄带特性限制了它在众多需要宽频带情况下的应用。微带窄缝隙天线作为微带天线的一种,不仅拥有传统微带天线的优点,同时也易于与其他物体共形,同样面临带宽较窄的问题。为此科研人员做了大量的研究工作。本文共设计了四款缝隙宽带天线,对其中三款进行了实物制作与测试。实测结果与仿真基本一致,符合天线实际使用需求,具有一定应用价值。本文的主要工作如下:1.提出了一款新型紧耦合缝隙宽带天线。该天线利用微带线耦合馈电,在地板上开多个矩形缝隙,缝隙间互相耦合,产生多个互相靠近的谐振模式,从而形成宽频带效果。仿真结果表明:该天线工作的频段为4～11.25 GHz(S-10 d B),相对带宽为95%,可应用于C/X波段的无线通信领域中。2.基于多模谐振原理,设计了两款结构新颖的窄缝隙宽带天线。第一款天线利用“一腔多模思想,采用非对称位置馈电和添加缝隙槽枝节的方式均是为了产生更多的电流谐振回路,从而激励出尽可能多的模态,形成多模谐振,拓宽天线频带。第二款天线在第一款天线的基础上,通过在其内部再蚀刻一个宽度为1.5 mm的缝隙槽,引入第四个谐振模式,形成“四模共振,从而进一步提高窄缝隙天线的带宽。实测表明:测试结果与仿真结果基本一致。第一款天线的相对带宽达到了44.5%,第二款天线的相对带宽提高到72%,验证了本文设计的方法有效性。3.为了对多模谐振原理所设计天线的过程有更清晰的物理解释,结合最新的研究热点,利用特征模理论进行缝隙宽带天线设计。提出了一款缝隙宽度仅为1.8 mm,相对带宽达到87.6%的窄缝隙宽带天线。首先对基础的天线结构进行模式分析,选择合适的天线结构;其次利用偏心馈电的方式,激励出目标模式,从而拓宽天线的带宽;最后对天线结构尺寸参数进行进一步优化并加工实物与测试。