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基于时域有限差分法的宽频带微带天线的研究

邵远  
【摘要】: 天线作为无线通信系统中的一个重要部分有着举足轻重的作用。微带天线以其体积小、重量轻、易与载体共形、与集成电路的兼容性好、易于大批量制作等优点,在近几十年中得到了广泛的应用。随着信息与电子技术的快速发展,无线移动通信系统对天线的带宽提出了更高的要求,2002年,美国联邦通信委员会(FCC)批准限于军用雷达的超宽带(UWB)技术可用于民用产品上,因而微带天线的宽频带技术成为了一个重要的研究方向。 本文以电磁场理论为基础,以微带天线为平台,针对超宽带天线的技术参数运用微带天线展宽频带的相关方法进行理论研究,然后基于FDTD为工具搭建微带天线模型,通过仿真来研究影响微带天线带宽的因素,设计UWB天线。本文首先设计了金属脊结构、阶梯形结构和采用矩形切角的宽频带微带天线,采用这三种方法设计的天线的带宽分别达到了23.6%、101.7%和78.3%;针对微带天线单元增益低的缺点,设计了一宽频带四元微带天线阵,阵元采用加厚的介质基板和在贴片上开窗以实现宽频带,并在阵列中加入了共面型电磁带隙结构,使得天线阵的增益由13.2dB提高到了14.8dB;最后设计了一超宽带微带天线,采用了前面的相关研究成果,将阶梯形结构、接地板开窗和矩形切角结合起来,仿真结果表明,该天线主谐振频率7GHz,工作频段2.4~12.3 GHz,覆盖了超宽带通信3.1~10.6 GHz的频段,谐振点处主方向最大增益值为7.4dB。


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