天線加載技術(shù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)和高速集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，天線作為無線通信系統(tǒng)中的重要組成部件，其性能指標(biāo)的要求也越來越高。在實(shí)際工程應(yīng)用中，傳統(tǒng)天線的特性參數(shù)往往不能滿足應(yīng)用的具體要求，需要在天線上或者天線附近加載某些結(jié)構(gòu)來改善天線的性能。加載技術(shù)在天線設(shè)計(jì)中應(yīng)用非常廣泛，隨著現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，如何應(yīng)用加載技術(shù)來實(shí)現(xiàn)天線的小型化、天線的多功能化、展寬天線的工作帶寬是當(dāng)前天線加載技術(shù)研究和應(yīng)用的主要方向。
　　針對(duì)加載技術(shù)研究應(yīng)用的三個(gè)

2、主要方向，本文以小型化的微帶天線、多功能平面天線、脈沖天線的頻帶展寬和輻射波形改善為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了幾種加載天線，研究了加載技術(shù)在改善天線不同性能方面的應(yīng)用。本文的工作內(nèi)容包括:
　　(1)設(shè)計(jì)了幾種采用分布式電抗加載技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的小型化的微帶天線，利用等效電路模型對(duì)加載原理進(jìn)行了分析，并利用全波仿真和實(shí)物測(cè)試驗(yàn)證了加載效果。設(shè)計(jì)了一種短路條帶加載的懸置微帶天線，通過短路條帶和微帶天線之間形成的等效電容和等效電感的加載，使加載天線的

3、工作頻率降低了73.5％。還設(shè)計(jì)了一種Mushroom-like結(jié)構(gòu)加載的懸置微帶天線，其中Mushroom-like結(jié)構(gòu)和微帶天線之間形成的等效電容和等效電感，使天線的工作頻率降低了約74.5％;而Mushroom-like結(jié)構(gòu)單元之間的耦合引入了多個(gè)諧振頻率，可以實(shí)現(xiàn)頻率比約為1.4的雙頻段工作的小型化微帶天線，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。還設(shè)計(jì)了一種加載Mushroom-like結(jié)構(gòu)和集總電容的懸置微帶天線，可以在較低加工精度的情況下

4、，實(shí)現(xiàn)與僅加載Mushroom-like結(jié)構(gòu)的懸置微帶天線同樣的小型化效果?？紤]到口徑耦合饋電的懸置微帶天線為三層結(jié)構(gòu)且制作加載結(jié)構(gòu)時(shí)較困難，還設(shè)計(jì)了嵌入式短路條帶加載和嵌入式Mushroom-like結(jié)構(gòu)加載的微帶天線，這兩種加載天線為雙層結(jié)構(gòu)，加載后實(shí)現(xiàn)了較好的天線工作頻率的降低;與普通的短路探針加載的微帶天線相比，這兩種加載天線還具有輻射主向無偏移的特性。
　　(2)提出了一種通過加載陷波反射器來實(shí)現(xiàn)多功能陷波天線的方法，這

5、種加載結(jié)構(gòu)在低于天線工作頻率的陷波頻率處可以使加載天線具有陷波的特性，而在天線的工作頻帶可以提高天線的增益，實(shí)現(xiàn)了鏡像頻率濾波器、反射器和天線三種器件的功能的集成。本文以加載陷波反射器的平面偶極子天線為例，根據(jù)給出的陷波反射器的等效電路模型分析了陷波反射器的陷波原理，并通過全波仿真分析了陷波反射器的反射器特性?；谶@些研究，本文設(shè)計(jì)了一種加載陷波反射器的平面領(lǐng)結(jié)天線，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，陷波反射器的加載實(shí)現(xiàn)了在低于工作頻段的鏡像頻率處約44

6、dB的輻射抑制，同時(shí)在工作頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了約3dB的增益提高。本文還設(shè)計(jì)了一種加載陷波反射器和引向器的鋸齒形平面偶極子天線，仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果均表明，陷波反射器的引入使得加載天線在陷波頻率處的輻射得到抑制，而陷波反射器和引向器共同作用，使得加載天線在工作頻段內(nèi)增益得到較大的提高。
　　(3)針對(duì)脈沖天線的頻帶展寬和輻射波形改善的問題，設(shè)計(jì)了幾種在天線末端進(jìn)行阻性加載的脈沖天線，提出并驗(yàn)證了在天線陣元之間進(jìn)行阻性加載的方法。設(shè)計(jì)了一種末端延

7、伸電阻條帶加載的漸變槽線天線，并仿真對(duì)比了加載天線與無加載天線的端口反射信號(hào)、天線輻射效率、S參數(shù)和輻射波形，對(duì)比結(jié)果表明，這種加載方式可以有效減少天線末端的反射，在對(duì)主輻射脈沖的幅度和天線輻射效率影響較小的前提下，有效降低了輻射波形中拖尾脈沖的幅度，展寬了脈沖天線的低頻端帶寬。提出了一種末端電阻加載的高斯?jié)u變曲線菱形天線，仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果均表明，該天線具有光滑的漸變結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)菱形天線具有更寬的低頻工作帶寬和更小的內(nèi)部及末端反射。提出了

8、在陣列單元之間進(jìn)行阻性加載的設(shè)計(jì)方法，對(duì)陣元之間電阻加載的平面領(lǐng)結(jié)天線陣的研究結(jié)果表明，陣元之間進(jìn)行加載可以有效地降低天線單元終端截?cái)嗵幍姆瓷涿}沖，有利于展寬天線的工作頻帶。
　　上述工作以對(duì)微帶天線進(jìn)行分布式電抗加載、對(duì)平面天線進(jìn)行結(jié)構(gòu)加載、對(duì)脈沖天線進(jìn)行末端阻性加載為具體的研究對(duì)象，研究了加載技術(shù)在實(shí)現(xiàn)天線的小型化、天線的多功能化、展寬天線的工作帶寬等方向的應(yīng)用，驗(yàn)證了加載技術(shù)對(duì)天線不同輻射性能的改善。這些加載方法并不局限于所