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差分双频微带天线研究

韩丽萍  
【摘要】: 无线通信技术的迅猛发展,促进了全集成射频前端产品的需要。集成射频前端通常采用差分技术实现,作为射频前端的关键部件之一,大多数天线设计为单端口器件。差分天线改变了传统天线的设计方法,直接把差分信号馈入到天线的两个端口,为设计高集成的射频前端提供了新的途径。同时,随着无线通信市场的激烈竞争,无线通信系统对双频天线的需求日益增加。本文主要围绕适合于无线通信系统应用的差分双频微带天线设计展开研究。首先,利用多层结构技术提出一种小型化双频微带天线,并且给出其传输线模型;接着设计了两种临近耦合馈电的差分双频微带天线;最后提出一种同轴探针馈电的小型化差分双频微带天线。论文主要包括以下内容: 第二章简要介绍了天线的电参数;阐述了微带天线(以矩形微带贴片天线为例)的工作原理;分析比较了微带天线的传输线模型、空腔模型和积分方程法。 第三章利用多层结构技术提出一种用于无线通信系统的小型化双频微带天线,并给出其传输线模型。与传统的层叠式双频微带天线相比,半波长的辐射贴片分布在两层,并且通过垂直过孔连接,有效地减小了天线的尺寸。双频天线的低频谐振频率由层叠贴片的尺寸决定,高频谐振频率则主要由上层贴片的尺寸决定。传输线模型中,贴片天线用终端开路的传输线表示,连接层叠贴片的过孔用并联的电感和电容表示。贴片天线的特征导纳、辐射导纳以及过孔电感的计算利用现有文献中的方法,重点修正了过孔电容的计算公式。 第四章提出两种临近耦合馈电的差分双频微带天线。一种是在矩形贴片非辐射边缘开对称槽,对称槽增加了贴片表面的有效电流路径,降低了贴片天线的前两个谐振频率;另一种是在天线接地板刻蚀缝隙,缝隙引导贴片表面的电流发生弯曲,达到与贴片开槽同样的效果。随之,提出一种提高天线增益的方法,在辐射贴片的中央刻蚀一个矩形槽,减小了天线的背向辐射,进而改善了天线的增益。 第五章提出一种同轴探针馈电的小型化差分双频微带天线。采用第三章的方法实现天线的小型化,差分天线的低频谐振频率由层叠贴片的尺寸决定,而高频谐振频率主要由上层贴片的尺寸决定。接着,在分析现有差分微带天线的基础上,提出一种差分微带天线的带宽展宽方法。该方法通过在天线接地板下方增加一个反射板,并且用垂直过孔连接反射板和接地板,反射板以及过孔能够改变天线的输入阻抗,激励起两个新的谐振频率,适当选择过孔位置,使得其中一个新谐振频率接近天线的低频谐振频率,改善了天线低频段的阻抗带宽。


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