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移动通信中小型化双频微带天线的研究及设计

刘义  
【摘要】: 移动通信技术的迅猛发展带来了天线行业的勃勃生机,在众多天线中,微带天线以其重量轻、低剖面、造价低、易于载体共形以及能与有源电路集成等突出优点,越来越受到广大天线研究者的青睐,出现了各种新型微带天线。目前,微带天线已被广泛应用于飞机、导弹与遥测、卫星通信、移动通信、战场通信及生物医学等众多领域。 近年来,随着移动通信的发展,频谱资源变得越来越紧张,为了增加信道数量常常要求扩展新的频段,能够兼容双(多)频段的天线成为发展的趋势;由于移动终端越来越轻小型的要求,传统的半波长微带贴片天线尺寸仍较大;频带窄仍是微带天线需要解决的缺点。因此,小型化、双频化和宽带技术成为本论文研究的重点。 本文前两章主要介绍了微带天线的历史背景、特点及应用,以及微带天线的技术发展现状;介绍了微带天线的基本概念、理论分析方法、天线的仿真软件和测试仪器。论文的第三章主要总结介绍了微带天线当前研究的热门技术——微带天线的小型化、双频技术及宽频技术的实现方法。论文的第四章和第五章分别在前面的理论基础之上设计了三款可双频工作的微带天线。一款是可工作在GSM 900MHz和DCS 1800MHz双频段上的加载U型槽的平面倒F型天线(PIFA)。在PIFA的设计过程中,综合利用了表面开槽和加载短路带等方法实现天线的小型化、双频化和宽频化设计。并结合仿真软件HFSS详细研究了开槽的宽度和短路带的宽度等参数对天线的回波损耗的影响,给出了相应的曲线图,结果显示,该天线能很好的覆盖GSM 900/DCS 1800系统所需的两个频段860MHz-930MHz和1700MHz-1890MHz。研究设计的另外两款天线为可工作在WLAN的两个频段上的微带缝隙天线。第一款加载矩形回路槽的缝隙天线在高频段得到较好的匹配,并获得很大的带宽(4.50GHz-5.50GHz),但是,其在低频段的谐振频率是2.2GHz ,在2.4GHz处的匹配和带宽不够理想;接着,在该设计得基础上,提出了另一款新型槽加载的缝隙天线,通过对天线的参数进行了仿真优化分析,结果显示,此天线的带宽为2.40GHz-2.57GHz和5.12GHz-5.36GHz,兼容了WLAN的IEEE 802.11a和IEEE 802.11b协议中所需的频段。通过对这几款小型双频终端天线的研究设计,进一步验证和分析了微带天线的小型化、宽带及多频技术,为工程设计提供了理论和实践依据。 最后,本文对所设计的微带天线进行了加工制造,并分别对它们进行了实际测试,且对测试结果与仿真结果作了详细的比较分析。


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