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几种小型化超宽带天线的设计与研制

刘云生  
【摘要】:无线通信技术的飞速发展使得人们对无线传输数据的要求愈来愈高。超宽带(UWB)无线通信技术由于其传输带宽极宽(3.1~10.6 GHz),被视为是解决无线传输数据瓶颈的一门有效技术。超宽带无线通信技术的快速发展同时也促进了超宽带系统的研究,而作为超宽带系统收发部分的重要组成器件,超宽带天线的研究也随之而成为一个重要的研究方向。本文首先介绍了超宽带天线的研究背景和国内外最新研究动态,了解了超宽带天线发展趋势,接着介绍了超宽带通信的相关定义与超宽带天线的电磁辐射理论、超宽带天线频域性能参数、时域性能参数、计算电磁学(CEM)中常用的三种方法以及用于超宽带天线辅助设计的几种仿真软件。之后针对当今超宽带天线的研究热点:天线小型化(Miniaturized)技术、多输入多输出(MIMO)技术、以及陷波(Band-Notched)技术分别设计了三款天线。文章的主要内容包括:(1)设计了一款尺寸为8.5×18.5 mm2,工作频带为3.6~12 GHz,同时具有C-band卫星通信系统(3.7~4.2 GHz)的阻带特性的小型化超宽带天线。详细分析了实现天线小型化的原理与方法,给出了天线仿真设计过程,最后加工了天线实物并测试验证了天线的各个性能指标。(2)设计了一款尺寸为35×35 mm2,工作在3.7~12 GHz的四单元超宽带MIMO天线。给出了天线设计过程,最后制作了天线实物并测试验证了天线的性能指标。(3)仿真设计了一款包含WLAN(5.15~5.35 GHz,5.725~5.825 GHz)、C-band卫星通信系统(3.7~4.2 GHz)以及X-band卫星通信系统(7.3~7.8 GHz)四个阻带的超宽带天线带阻天线,分析了各个阻带形成的基本原理,给出了天线设计的详细过程。本文围绕着超宽带天线的研究热点,设计了几种典型的适合超宽带系统的小型化天线,在超宽带基础上实现天线小型化、引入MIMO技术、以及获得四个阻带特性三个方面都具有一定的实际应用价值。


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