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小型微带天线分析与设计

任王  
【摘要】: 随着无线通信技术的不断进步,无线通信设备开始朝着小型化、宽频段方向发展,具有轻、薄、短、小等特性的宽带无线产品将成为今后的主流。天线作为无线通信系统的门户,将对无线通信系统的性能产生最直接的影响。传统的偶极子天线尽管具有较好的传输特性,但其尺寸规格已无法适应小型化的发展趋势。微带天线体积小、质量轻、成本低、容易制造并且可以直接和射频微波电路集成,具有很大的实际应用价值,已成为天线研究中的热门主题之一。 本论文主要针对小型微带天线的分析与设计进行了探索与研究,通过理论分析、数值仿真和实验验证等手段,提出了多种新颖的小型化微带天线结构,分别工作于900MHz工业、科学与医疗(ISM)频段,2.4/5GHz无线局域网(WLAN)频段和3.1~10.6GHz超宽带(UWB)通信中,比较具有代表性。 首先,研究了900MHz ISM频段室内嵌入式天线的设计技术及其建模方法。通过对矩形微带缝隙天线的研究与分析,针对新型室内嵌入式天线的应用前景,提出了一种应用于900MHz ISM频段的背腔式圆极化缝隙天线。采用L型缝隙设计,减小了天线的物理尺寸,并结合顶层馈电网络设计,实现了圆极化。利用电磁场仿真软件,结合向量拟合算法(Vector Fitting),提出了一种准确、快速、通用的天线电路模型等效方法,对天线的工作特性作出了比较合理的物理解释,同时也为天线与射频前端电路的联合仿真设计提供了一个较为精确的模型。 然后,研究了2.4/5GHz无线局域网小型双频天线设计技术。基于对微带双圆环缝隙天线的研究与分析,通过连接型矩形槽设计克服了内、外环距对谐振效果的影响,提出了一种应用于无线局域网通信的小型双频圆环缝隙天线,并且可以实现圆极化。同时提出了一种倒T型矩形双频微带缝隙天线,尺寸同PCMIA标准接口的无线网卡兼容,非常适合与射频前端电路集成。仿真与实测结果均表明,两种天线都能完全覆盖WLAN规定的工作频段,并具有良好的辐射特性。 最后,研究了小型超宽带天线设计技术。基于对圆形贴片天线的研究与分析,提出了一种覆盖超宽带无线通信频带的小型平面天线结构。在此基础上,通过引入倒T型寄生结构,提出一种在5~6GHz之间具有陷波特性的超宽带天线,避免了对该频段其他通信系统的干扰。仿真与实测结果均表明,两种天线都能工作于超宽带通信系统,并具有良好的辐射特性。


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