小型化與寬頻帶天線技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，推動(dòng)著通信設(shè)備及其電子器件制造向小型化、多用途的方向發(fā)展。天線作為任何無(wú)線通信系統(tǒng)前端收發(fā)信號(hào)的部件，對(duì)通信質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，也往往是制約無(wú)線通信系統(tǒng)小型化發(fā)展的主要障礙。設(shè)計(jì)與現(xiàn)代信息傳遞相適應(yīng)的小尺寸、寬頻帶、高效率、大容量、易安裝、多功能的天線已成為當(dāng)今天線研究領(lǐng)域中一個(gè)很重要的課題。 由于微帶天線和印刷貼片天線具有體積小、重量輕、低剖面、易于與有源器件和微波電路集成的特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用

2、于雷達(dá)、衛(wèi)星通信、移動(dòng)無(wú)線通信、以及各種通信設(shè)備當(dāng)中。但微帶天線本身具有高品質(zhì)因數(shù)、窄頻帶、低效率等缺點(diǎn)，大大限制了它們的應(yīng)用。本論文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，主要針對(duì)微帶天線和印刷貼片天線的寬頻帶和小型化技術(shù)展開(kāi)了研究分析。論文采用多天線構(gòu)建方式、毫米波通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、電磁帶隙(EBG)技術(shù)在雷達(dá)散射截面(RCS)減縮技術(shù)中的應(yīng)用以及天線可重構(gòu)等技術(shù)，構(gòu)建了與現(xiàn)代通信相適應(yīng)的小型化、寬頻帶以及圓極化天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。具體內(nèi)容闡述如下：

3、 1.對(duì)有限積分技術(shù)(FIM)，時(shí)域有限差分(FDTD)，矩量法(MOM)和粒子群優(yōu)化算法(PSO)的理論以及在天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和闡述。重點(diǎn)提出了粒子群優(yōu)化算法與CST微波工作室相結(jié)合的優(yōu)化設(shè)計(jì)在天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用思想。 2.為了很好地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)小型化、多頻帶、高效率、無(wú)盲區(qū)的應(yīng)用，本文利用現(xiàn)有無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)芯片支持的開(kāi)關(guān)控制的多天線選擇系統(tǒng)，研制了工作在WLAN頻段，即2.45GHz，5.25GHz

4、和5.8GHz的螺旋結(jié)構(gòu)、平面倒F結(jié)構(gòu)的多天線系統(tǒng)。在天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，把天線單元正交印制在一塊介質(zhì)基板上，并利用芯片開(kāi)關(guān)的控制選擇作用，使得天線系統(tǒng)的單元間具有極化分集和極化選擇的作用。除此之外，天線系統(tǒng)采用多個(gè)天線集成在一個(gè)印刷電路板上，既滿足了寬頻帶和多頻帶的要求，又具有小型化的特點(diǎn)。 3.為了設(shè)計(jì)寬頻帶毫米波天線以及實(shí)現(xiàn)毫米波通信系統(tǒng)對(duì)高增益和圓極化天線的需求，本文通過(guò)采用螺旋結(jié)構(gòu)、“E”形結(jié)構(gòu)、橢圓環(huán)等結(jié)構(gòu)對(duì)寬頻帶毫米

5、波微帶天線進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用粒子群優(yōu)化算法與CST微波工作室相結(jié)合的方法對(duì)天線的參數(shù)進(jìn)行了提取和優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，采用方形貼片對(duì)角線饋電、空氣間隙技術(shù)和開(kāi)槽技術(shù)，同樣采用粒子群優(yōu)化算法與CST微波工作室相結(jié)合的方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)了具有圓極化特性的寬頻帶毫米波陣列天線。 4.為了滿足飛行器的電磁隱身應(yīng)用需求，本文應(yīng)用周期結(jié)構(gòu)二階共面緊湊型電磁帶隙(2nd-UC-EBG)的電磁帶隙特性，并將其應(yīng)用在微帶單天線和微帶陣列

6、天線的接地板當(dāng)中，設(shè)計(jì)工作在X波段的低RCS微帶天線，在2-18GHz范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了天線在工作頻段外有顯著的RCS減縮效果。雖然在天線工作頻帶內(nèi)的RCS有少許增加，但天線增益得到了提高，天線帶寬和后瓣抑制性能都得到了改善，天線制作成本也較低。 5.為了實(shí)現(xiàn)寬頻帶和圓極化選擇的毫米波通信功能，分析了可重構(gòu)天線技術(shù)及其在天線小型化技術(shù)中的應(yīng)用。利用空氣間隙技術(shù)、方形貼片對(duì)角線饋電技術(shù)和正交開(kāi)槽的方法，設(shè)計(jì)了具有微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)