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介质谐振器天线及其阵列研究

汪晖  
【摘要】: 随着现代无线通信技术的发展和无线应用产品的普及,人们对无线通信系统中必不可少的天线提出了更高的要求,例如体积小、重量轻、成本低、性能优等。传统天线因为在高频段的损耗太高和低频段的几何尺寸太大等缺点其应用受到许多限制,介质谐振器天线由于具有天线尺寸小、介质损耗小、不存在表面波损耗和可以设计成任意三维形状以及馈电方式简单及多样等突出优点,引起了人们的广泛关注,是目前国际上研究的一个热点。 本文首先简单介绍了介质谐振器天线的国内外研究现状,目前国际上关于介质谐振器天线的几个主要研究方向,详细讨论了介质谐振器的工作原理以及它和普通谐振器相比所具有的一些不可比拟的优点,重点讨论了几种介质谐振器天线的馈电方式,为后续研究奠定基础。 本文基于上述关于介质谐振器的基础研究,设计并制作了一个工作频率为9.5GHz的微带线-槽耦合馈电形式的介质谐振器天线单元,测试结果表明这种天线单元不仅尺寸小而且性能优异,天线增益为5.8dB,回波损耗达-30dB;基于单元天线的研究结果设计了频率为9.5GHz的两种天线阵列,一种是八元直线并馈天线阵,另一种是十六元平面并馈天线阵。测试结果为:八元并馈天线阵最大增益达到了12.5dB,H面半功率波束宽度为11°,副瓣电平为-10.9dB;十六元平面天线阵最大增益为15.6dB,H面半功率波束宽度为18°,副瓣电平为-12.6dB;E面半功率波束宽度为23°,副瓣电平为-11.9dB。测试结果和仿真结果吻合较好,根据我们的检索,国内外尚未查到采用介质谐振器天线阵列方法所达到本文的研究结果及水平。最后讨论了介质谐振器天线阵列的互耦,主要讨论了天线阵元处于不同位置时,互耦对天线性能的影响,然后分别讨论了天线阵处于同相馈电和扫描状态时,互耦对天线阵方向图的影响,研究表明,互耦对介质谐振器天线阵影响是非常小的。由于介质谐振器天线具有低互耦等一系列优点,在许多场合将有着巨大的应用前景。


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