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小型、宽频带/多频段平面印刷天线的研究与设计

邓超  
【摘要】:平面印刷天线,由于具有剖面低、重量轻、易于与载体共形等优势,而在当今国防和商业领域中受到广泛的应用需求。本文紧密围绕平面印刷天线的宽频带、多频段设计进行研究,提出了多种具有不同结构形式的小型、宽频带或多频段天线,并对每种天线的电性能和结构参数进行了详细的分析与讨论。主要工作如下: (1)研究了高阻值电阻和短路销钉加载平面渐变开槽天线。设计了一副工作频带为1-40GHz(VSWR2.0)的天线,并对各项性能进行了测试。结果表明,所设计的天线展宽带宽的同时使得天线整体尺寸较常规结构至少缩减37.4%。 (2)设计了一种基于共面波导边缘结构的超宽带单极子天线。在贴片底端刻“M”形状的槽,槽外共面波导地而边缘设计成指数渐变结构,槽内地面呈现“T”形结构。利用槽顶端和共面波导地面构成的终端开路渐变槽线实现了对输入阻抗的调节。该天线带宽为常规天线的2倍左右,覆盖了2.17-24.3GHz(S11≤-10dB),并且在该频段内具有较为稳定的辐射性能。 (3)设计了一副具有宽阻带、双陷波特性的超宽带矩形印刷天线。根据电流分布特点在贴片边缘加载倒“L”形调谐枝节,并在贴片中嵌入五边形槽线。结果表明,该天线具有超宽带特性的同时在3.2-4.25GHz和5.1-6.15GHz内具有良好的频带抑制特性。阻带覆盖了无线局域网、全球微波接入以及C波段卫星通信系统。 (4)综合采用谐振枝节、槽线以及扇形槽加载技术设计了一副三频段印刷单极子天线和一副具有陷波特性的超宽带天线。实测三频段天线的工作频段为2.25~2.8GHz、3.3-3.8GHz和5.1-5.9GHz,覆盖了无线局域网和全球微波接入频段。同时测量结果表明,陷波特性超宽带天线具有超宽带性能的同时在3.29-4GHz和5.29-6GHz两个频段内具有频带抑制特性。两副天线可成对使用以满足对抗干扰性能要求较高的通信场合。 (5)提出了一种平面型双环谐振单元,研究并设计了一元、二元、三元以及四元寄生环加载微带天线。结果表明,上述四种结构可将常规微带天线的带宽由4.7%分别展宽到10.5%、15.5%、15.3和17.5%。为进一步改善天线辐射性能,设计了一种寄生单元加载双层微带贴片天线,其相对带宽可达22.4%,频带内增益较改进前提高2-4dB。对四元谐振环加载微带天线以及其改进型进行加工与测试,证明了谐振环加载微带天线在宽频带设计中的有效性。


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