基于融合设计方法的滤波天线阵列研究

作     者：高晓 

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 高选择性 高增益 辐射零点 

摘      要：随着射频器件向着集成化、多功能的趋势发展,将天线与滤波器融合设计逐渐成为研究多功能天线的热点。其一体化设计使得滤波天线既可正常辐射又具备滤波器的频率响应,提高了系统的集成度。同时,滤波天线又能够降低异频段天线单元间的互耦,减小天线阵列的尺寸,使多频段共口径天线系统趋于小型化。近几年提出的融合设计方法以天线为基础实现滤波特性,以减小射频前端尺寸和提高系统整体性能的显著优势,受到了学者的关注。但对于远距离的点对点通信系统来说,天线辐射还需要强方向性和高增益性。所以本论文工作围绕滤波天线的融合设计方法,以提高滤波天线的辐射强度和频率选择性为研究目标,对滤波天线及阵列的设计展开研究。主要内容如下: 1.具有不对称馈电结构的高选择性宽带滤波天线阵列设计。 该天线将滤波器产生传输零点的方法运用到设计中。在天线中构造了两条不同的电磁波传输路径,使两条路径的电磁波在4.66GHz处相位相反,从而天线在低频产生辐射零点。高频辐射零点是由微带馈线处添加的非对称双L型枝节在6.28GHz处电流相反,能量在远场抵消产生的。该滤波天线具有较宽的宽频带特性和较好的滤波特性,但单个天线的增益达不到远距离通信系统的要求,所以将设计好的天线单元组成2×2并联分布的阵列以提高天线增益。实物测试阻抗带宽为16.2%(5.10-5.99GHz),增益峰值为12.2dBi,低频带边缘和高频带边缘分别实现了 164dB/GHz和193dB/GHz的滚降度,带外抑制水平达到-20dB。 2.具有谐波抑制功能的低剖面高增益滤波贴片天线阵列设计。 该天线为单层平面滤波贴片天线,整体剖面高度仅为0.02 λ0。辐射贴片和微带馈线放置在基板同侧,金属地板放置在另一侧。使用微带-槽线的过渡结构,微带线通过地板上的哑铃型缝隙对辐射贴片耦合馈电,产生辐射零点,进一步提高带外抑制能力。同时在中央贴片上蚀刻两个长短不一的缝隙起到了谐波抑制的作用。天线单元的增益已达到8.11dBi,在此基础上设计2×2镜像排布天线阵列,实现了高增益和高带外抑制水平的滤波响应。测量结果与模拟结果吻合良好。在8.68-9.03GHz范围内S11均在-10dB以下,阻抗带宽为3.9%,峰值增益14.43dBi,带外抑制水平达到-25dB,各谐振点的方向图均有良好的单向辐射性和低交叉极化。