多频/宽带天线的研究与设计

【摘要】：无线通信技术的飞速发展已经深深影响人们的生活,正因为如此,各种通信设备的发展对天线的性能更是提出了更高的要求,为了能够使设备在多个频段同时工作且不相互干扰,多频/宽带天线逐渐进入人们的视线,因为它的优越特性使得它逐渐成为人们所研究的热点。本文主要围绕加载左手材料的多频、宽带天线作出了如下研究:1.综述了多频、宽带天线的研究背景和意义以及近些年来多频、宽带天线的国内外发展现状,并同时介绍了多种天线的多频化和宽带化的方法。然后对天线设计和测试过程中所需要用到的电路参数、远场辐射参数及馈电方式等基础知识做了归纳和总结。2.对左手材料的定义,发展现状、原理和特性做了简要的介绍,根据左手材料的原理设计了两款新型的左手材料单元结构:a)具有中心对称结构的风车形左手材料的设计和仿真,由计算结果知所设计的左手材料结构的双负频段为3.4GHz—3.6GHz;b)双层三频段左手材料的设计和仿真,通过在介质基板两边印制两个相互旋转对称的基本单元结构使得原本单频段的左手材料结构变成了三频段的左手材料结构,通过计算可以得到三个双负频段为:2.7GHz—4 GHz、6.5GHz—6.7GHz和10.1GHz—10.7GHz。3.通过在矩形贴片单极子天线上加载风车形左手材料设计了一种三频段天线,加载结构时采取的方法为在辐射单元上刻蚀风车形左手材料的互补结构,由于加载的方式有多种,我们通过比较分析选取了最优的加载方法,并通过面电流分析了影响每个频段性能的结构,而且对其中所加载的左手材料结构的位置进行了参数分析,得出了最佳化的尺寸。通过对所设计的天线进行加工测试,得到天线的三个频段为2.31GHz—2.57GHz、3.41GHz—3.57GHz和4.90GHz—5.95GHz,说明天线能有效地应用于WLAN、WiMAX系统中。4.设计了一种加载双层三频段左手材料覆层的超宽带天线。首先利用类分形的方法设计了一种超宽带天线,该天线的阻抗带宽为2.4GHz—10.8GHz,并对该天线进行了参数分析确定了最佳尺寸,然后通过在天线的辐射贴片上方加载左手材料覆层结构达到提升天线增益的目的,由于本章中所采用的左手材料的双负频段为三个,所以通过综合比较加载不同高度覆层时天线的阻抗带宽和增益性能之后选择了最佳的加载高度,通过对所设计的天线进行加工并进行测试,得到天线的工作频带为2.4GHz—10.8GHz,满足超宽带天线的带宽要求,且增加覆层之后,天线的峰值增益最大提升了1.7dBi。