小型化宽频带滤波天线的研究与设计

作     者：乔迪 

作者单位：曲阜师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐娟

授予年度：2024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：滤波天线 全向天线 宽带 毫米波 基片集成波导 

摘      要：滤波天线因其集成了信号收发、干扰过滤等功能,在无线电频谱资源竞争日益激烈的当今,有着十分重要的研究意义。其中,小型化宽频带的滤波天线具有成本低、性能强的特点,顺应了射频器件未来发展的趋势。为此,本文以设计小型化宽频带滤波天线为基础,以实现全向辐射大信号覆盖,适配毫米波通信为研究目标,展开研究和设计。论文主要内容如下: 1.以提高带宽,实现全向辐射为目标,设计一款平面全向偶极子滤波天线。 该设计根据交叉耦合理论的指导,分析了两种半波长偶极子(条形、折叠条形)的辐射特性。这两种偶极子工作在半波长模式时会产生全向辐射图。此外,两种偶极子可以在上下频带分别产生磁耦合与电耦合,无需任何额外滤波电路即可产生两个辐射零点,同时有效拓展工作带宽。这些设计使得所提出的天线滤波性能良好并且紧凑,实现了优异的工作带宽和全向辐射特性,仿真测试结果表明阻抗带宽为53%(1.92-3.32GHz),增益稳定在6dBi。 2.以适配毫米波通信为目标,设计两款基片集成波导馈电的滤波天线。 一款是三层结构的毫米波滤波天线,它由带耦合槽的SIW馈电结构、差分馈电L形探头以及辐射贴片组成。这种架构提供了宽阻抗带宽和较低频带中的良好滤波特性。同时,通过各个辐射贴片上的缝隙耦合,在上频带中获得了良好的滤波响应。然后,在耦合槽区域中引入一对短路短截线以及两个短路环,进一步提高了下频带中的抑制水平。所提出的滤波天线没有额外的滤波电路,并在紧凑尺寸中实现了宽频带。仿真测试结果表明阻抗带宽为26.7%(23.17-30.34 GHz),整体尺寸紧凑,工作频带包含在毫米波频段内; 另一款是双层结构FR2滤波天线,该天线主要通过对顶层贴片进行设计,通过贴片开槽及在电偶极子之间增加U形夹寄生单元的形式,形成三个辐射零点,其中较大尺寸的U形夹在低频处产生反向电流形成辐射零点,较窄的U形夹则在高频处制造辐射零点,并配合对辐射贴片的形状设计,使得天线能够在高频达到出色的滤波效果,仿真测试结果表明阻抗带宽为30%(29.5-40GHz),工作频带全部位于毫米波的FR2频段内,适合应用于毫米波回程通信。