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无线多频通信系统超宽带天线研究

刘建军  
【摘要】: 随着无线通信技术的发展,如今移动手持设备、无线局域网和超宽带系统等许多通信系统都已工作在多个通信频段。作为系统中最重要的组件之一,天线的性能如何直接决定了系统工作在多个不同频段的能力。对于这种无线多频通信系统来说,具有紧凑结构并能覆盖这些通信频段的带宽的天线是人们所希望的。本论文研究了多种先进的比带宽超过10:1的超宽带天线。主要研究成果如下: (1)提出了一种新型超宽带单极天线,它由椭圆单极贴片、梯形地板和修正后的渐变共面波导组成。实测结果表明,天线具有23:1的比带宽(VSWR≤2),工作频率范围为1.02-24.1GHz。天线可以覆盖多个通信标准,包括GPS (1.57-1.58 GHz), GSM1800 (1.71-1.88 GHz),PCS1900 (1.93-1.99 GHz),WLAN (2.5和5-6 GHz)和UWB (3.1-10.6 GHz)等。 (2)制成一种多端馈电椭圆单极天线和一种多端馈电矩形单极天线。实验表明,多端馈电椭圆单极天线能够覆盖1.08-27.4GHz的频率范围,并具有超过25:1的比带宽。提出的多端馈电矩形单极天线具有超过46:1的实测比带宽,能够覆盖0.76GHz到35.2GHz的频域,该天线覆盖的频率范围和比带宽之大均处于当前国际领先水平。矩形单极天线的传输特性和时域特性也通过实验进行了研究。 (3)提出了一种建立在液晶聚合物材料上共面波导馈电的紧凑型超宽带天线。仿真结果表明天线能够覆盖2.4-16GHz的频率范围,其带宽比采用普通射频材料的同样天线更宽。在此基础上,又设计了一种具有带阻特性的天线,以避免超宽带通信与无线局域网802.11a间的干扰。还制成一种在“桃”形天线上实现三频带阻特性的超宽带天线。实测表明,“桃形”天线能够覆盖从0.72GHz到25GHz以上的频段。通过加入调谐枝节和一对开口弧形缝隙,实现的带阻特性使天线能避免与以2.5GHz、5.5GHz为中心的无线局域网和一些C波段卫星通信系统间的相互干扰。 (4)提出了一种小型化的半椭圆结构微带单极天线,通过优化贴片与地板结构,尺寸减小了56%。仿真表明天线能覆盖0.47-25GHz的频率范围,比带宽超过50:1。为了提高这种“桃”形天线小型化后的全向辐射特性,制成一种具有“L”形馈电分支的非对称小型化天线。该天线与原对称天线相比,面积减小了52%。其实测比带宽(VSWR≤2)达31:1,覆盖频率范围1.05-32.7GHz。


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