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宽带双极化贴片天线及其阵列技术研究

谢姣皎  
【摘要】:随着第四代无线通信技术的蓬勃发展,通信用户的数量也在快速增加。为了扩大通信系统的容量,解决多径衰减等问题,无线通信基站系统中的天线就必须朝着双极化、宽带化与多频化方向发展。本文针对第四代通信系统的发展需要,将研究重点放在天线双极化、宽频带、多频带及阵列的设计上,对电磁激励宽带双极化贴片天线、宽带双极化磁电偶极子天线、多频带印刷天线及多频带双极化阵列天线进行了深入的研究,论文的主要研究成果包括: 1.对宽带电磁激励双极化贴片天线进行了研究,提出了电磁耦合激励结构实现双极化贴片天线的设计。首先,基于传统的探针馈电贴片天线,采用在辐射贴片上刻蚀缝隙的技术,设计了一副具有宽带特性的电激励天线单元,同时引入曲线拟合的方法,对其等效电路结构进行了分析;然后,采用磁环耦合的结构对贴片天线进行馈电,设计了一副宽带磁激励线极化天线单元,研究了其等效电路结构。在上述研究的基础上,设计了一副缝隙加载的电磁激励双极化贴片天线,从电路角度研究了该天线的电性能;其次,采用倒L型探针代替直探针馈电,实现了电磁激励双极化贴片天线的宽频带特性;最后,将差分激励的倒钩型探针与磁环结构相结合,改善了天线馈电端口的隔离度,设计了一副高隔离度电磁激励双极化贴片天线。 2.对宽带双极化磁电偶极子天线进行了研究。设计了一副宽带磁电偶极子领结天线,将水平领结型电偶极子和垂直L型磁偶极子相结合,实现了定向辐射特性;引入弯折型磁偶极子结构,采用差分激励的倒L型探针进行馈电,降低了天线的交叉极化水平,设计了一副差分激励磁电偶极子天线。在上述研究的基础上,分别设计了一副宽带双极化差分激励磁电偶极子天线和一副高隔离度双极化混合激励磁电偶极子天线,并着重研究了其重要参数对天线工作性能的影响。测试结果表明,所设计的双极化磁电偶极子天线性能优越,具有定向辐射特性,可应用于无线通信基站系统。 3.对宽带双极化和多频带印刷天线进行了研究。首先,将共面波导馈电结构和微带线馈电结构相结合,并通过在微带馈线周围加载寄生贴片的方法,设计了一副宽带双极化印刷天线;在上述研究的基础上,引入差分馈电技术,改善了天线馈电端口之间的隔离度,设计的双极化印刷天线具有高隔离度特性。其次,通过在缝隙天线的金属地板上刻蚀T型缝隙的方法,设计了一副双频带印刷缝隙天线;采用寄生结构法,在辐射贴片的缝隙中加载梯形贴片,并通过地板切角技术,设计了一副双频带印刷贴片天线;最后,通过在微带馈线两边加载电磁带隙结构的方法,设计了一副三频带印刷贴片天线。所设计的天线均印制在单层介质板上,结构简单,制作成本低,适用于现代无线通信系统。 4.对多频带双极化阵列天线进行了研究。基于传统的印刷偶极子天线,利用分层耦合馈电的方法,实现了双极化天线单元的双频带工作特性;并在此天线单元的基础上,利用阵元之间的相互耦合作用,设计了一副多频带双极化四元阵列天线;最后,引入在阵列地板上刻蚀缝隙的方法,设计了一副具有高端口隔离度特性的双频带双极化天线阵列。所设计的天线具有良好的电性能,能够满足不同的应用需求。


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