小型化LoRa微带天线的设计

作     者：李东霞 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁永红;张海清

授予年度：2022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：微带天线 小型化 全向天线 HFSS 

摘      要：随着无线通信技术的飞速发展以及5G时代的到来,人们对于无线设备的需求逐渐提高。因此各种便携式通信设备相继朝小型化方面升级发展,而天线作为可以进行通信的主要连接器件,在很多方面都影响着通信的性能,是必不可少的一部分。这种背景下,体积小、易于集成、制作简单的微带天线更有助于实现体积小型化。在有限的安装空间下,天线尺寸的减小,会使得增益降低,辐射方向性能减弱。因此,如何在实现微带天线小型化的基础上平衡天线的增益和辐射方向是目前有待解决的问题。为此,在冲击波测试系统的背景下,本文针对小型化微带天线增益小,辐射性能差的问题,设计了一种适用于LoRa通信系统的微带天线,通过三维电磁仿真软件仿真并且优化了天线的各参数。主要的研究内容如下:首先对微带天线的基础理论进行了深入地研究,内容主要涵盖了微带天线的基本结构、主要性能参数以及辐射原理等;系统地分析了实现天线小型化的技术路线。然后,设计了一种适用于冲击波测试装置的小型LoRa微带天线。该天线工作频率为470 MHz,以倒L天线为基础进行改进,为了可以更有效地使天线尺寸减小,本文采用了曲流技术、加载技术和有源匹配网络技术,天线为蜿蜒曲折的结构形式,通过弯曲辐射表面的电流路径,从而使天线的有效长度增加,在同等理论长度下所占的面积减小,同时加载匹配网络可以使天线具有良好的频率特性。通过HFSS三维电磁仿真软件构建天线的模型,分析了各个参数对天线性能产生的影响,并且对其进行优化。仿真后的天线增益为2.96 d Bi,尺寸为1.7 cm×2.5 cm,谐振频率良好,具有全向性。最后,研究并仿真了一种同频率的FPC天线,采用特定的柔性材料作为介质基板实现天线小型化,将二者的仿真结果进行对比,验证了天线的可行性。