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无线通信系统中宽带天线与全向天线研究

王妍  
【摘要】:通信技术和集成电路技术的飞速发展,使得现代通信设备日益小型化、智能化和宽带化。与之相适应,天线作为无线通信系统中不可或缺的组成部分,不仅要满足小型化的发展趋势,同时还要具有宽频带特性。另外为了保证天线的覆盖区域,也要求天线在较宽的带宽内具有严格的水平全向辐射特性。本文主要研究了无线通信系统中的宽带天线与全向天线,主要工作包括以下几个方面: 1.设计了一种工作在VHF/UHF频段的宽带可重构天线。采用中馈的笼型结构,展宽了天线的阻抗和方向图带宽。该笼型天线与常规的笼型天线不同之处在于枝节末端并未用笼圈固定,结合机械控制上下枝节张开的角度可以实现方向图可重构;通过在枝节中加入PIN二极管开关控制枝节的长度,实现了天线工作频率可重构。通过数值计算得到了天线在频率可重构、方向图可重构条件下的电压驻波比(VSWR)和远场辐射特性。实验证明该天线不仅具有宽带阻抗特性,同时还具有良好的宽带水平全向辐射特性。 2.设计了宽带TD-SCDMA基站单元天线。旋转的渐变振子臂构成了天线的辐射单元,这种宽带振子通过共面带状线(CPS)与新型的集成巴伦馈电,垂直放置于一个反射板之上,天线带宽可完全覆盖TD-SCDMA的A+B+C频段。末端带有金属化过孔的微带集成巴伦和跨接在振子两臂之间的电容构成了一个可调输入阻抗匹配网路,电容值可调增加了天线在实际应用中的灵活性。研究了天线振子臂的旋转对增益稳定性的改善作用。 3.设计了X波段水平全向基片集成波导(SIW)缝隙阵列天线,包括圆柱赋形的SIW阵列天线和极化旋转的SIW偶极、单极天线。研究了金属化过孔和金属槽带之间的替换、赋形频率偏移和馈电网络等。设计了一种圆柱赋形的4×3缝隙阵列天线,该天线通过一分四功分网络馈电,垂直放置时可实现水平极化全向辐射特性。为了简化天线整体的结构,设计了不需要任何馈电网络的SIW水平极化全向天线。这种天线结构类似于天线罩,通过开在内部和外部相互垂直的缝隙,对置于其中的偶极、单极天线进行90度的极化旋转,天线的结构简单紧凑且增益较原天线有所提高。


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