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小型化微带天线的设计与数值分析

张需溥  
【摘要】:移动通信技术的迅速发展和应用,有力地推动着现代通信天线向小型化、多功能(多频段、多极化和多用途)的方向发展,设计出小型化多功能的微带天线已成为当前国际天线界研究的前沿课题之一,本论文对小型化双频微带天线和小型化圆极化微带天线的设计与数值分析作了一系列的理论与实验相结合的理论研究。论文主要包含四方面内容: 首先,基于变分法推导出两种双频天线的谐振频率的计算公式,根据设计目标,可得到接近最优值的一组初始化设计参数;使用矩量法对蝶形微带天线进行了严格的数值分析,设计了两种基函数,使矩量法能够计算非常规形状的微带贴片天线;进而设计了不需要附加措施(开槽或短路)而实现双频工作的蝶形微带天线,计算与实验结果吻合良好。 其次,将遗传算法成功应用到双频蝶形微带天线的优化中,首先对谐振频率计算公式进行优化,确定计算公式的系数;然后优化了双频蝶形微带天线的馈电位置,从而在两个频段都实现阻抗匹配;最后对双频蝶形微带天线的贴片参数与馈电位置综合进行了优化,使之准确实现双频工作。 第三,使用渐近抽取方法对矩形微带贴片天线的矩量法计算进行了处理,普通矩量法与经过渐近抽取后的矩量法计算进行比较,发现渐近抽取不仅使计算的精度提高,而且使计算时间减小,计算效率提高了约15倍;以一种新型磁性材料一有机高分子磁性材料为微带天线的介质基片,设计了一副小型化宽频带微带天线,与常规矩形微带贴片贴片天线相比,尺寸减小了约60%,带宽增加了两倍多。 第四,将接地板对高介电常数GPS天线性能产生的影响进行了研究,发现大接地板对天线的谐振频率和圆极化轴比都会产生较大的影响,增大接地扳会使谐振频率升高,轴比方向图恶化。通过对天线加载低噪声放大器,提高了天线的增益和带宽,改善高介电常数所带来的不利影响;提出一种新型的小型化圆极化天线设计,使用HFSS8.0,对这种形式的天线进行了较为详细的研究,比较了不同长度宽度的槽对天线谐振频率和馈电位置的影响。根据仿真结果,对天线进行了设计并完成了测试。


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