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小型化多频微带天线及功分器的研究与设计

刘国庆  
【摘要】:接发天线和功率分配器在无线通信系统中都起着至关重要的作用,同时,微带贴片天线具有质量轻、体积小、刨面低、成本廉价以及容易与无源器件集成等优点,所以微带天线和功率分配器逐渐成为近些年通信领域研究的热门。本文一开始阐述了微带天线、功率分配器目前的发展情况,然后说明了微带天线的小型化、多频化以及功率分配器的研究背景和最新进展。其次,设计了两款开槽与添加枝节相结合的微带贴片天线,第一款天线尺寸为48 mm×47 mm×1.5mm,使用HFSS软件仿真后得到1.495 GHz-1.66 GHz,1.75 GHz-1.945 GHz,2.355GHz-2.7 GHz和3.4 GHz-3.6 GHz四个工作频段,能够覆盖Bluetooth/FDD-LTE/TD-LTE/WLAN/WIMAX等系统,可以很好的应用在于移动终端上。第二款天线是在第一款天线的原始模型基础上,将枝节添加到了接地板上,其尺寸为30 mm×21 mm×1.5 mm,相比于第一款天线,尺寸缩减了82%,形成2.285GHz-2.332 GHz,3.4 GHz-3.61 GHz,4.15 GHz-4.5 GHz和4.7 GHz-5.9 GHz四个阻带,可以很好的覆盖第五代(5G)移动通信的候选频段的低频段部分(4.4GHz-4.5 GHz,4.8 GHz-4.99 GHz),还可以覆盖TD-LTE/IMAX/WIFI等通信频段。随后将天线进行了实物的加工,通过相关仪器测试出所设计的微带贴片天线指标和仿真值符合较好,为5G的研究提供了新的设计方法。最后,根据项目需求,以及为了提高天馈系统中的固态放大器输入信号的相位一致性,本文利用在谐振腔中添加耦合导体的新型方法,解决了传统的带状线功分器需要在前后级进行相位补偿的问题。设计的模型用同轴线作为输入输出端口,再将T型结构带状线与径向线通过四分之一波长阻抗变换器进行连接,优化设计一种新型的C波段高相位一致性的六路功分器,测试结果与CST仿真结果符合较好。在工作频段5.3 GHz-5.9 GHz内,输入端口回波损耗小于-18.3 dB,输出口回波损耗小于-15.3 dB,相位一致性好于±1o,插入损耗小于0.2 dB。


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