无线通信系统中多频宽带天线及阵列研究

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在通信技术快速发展和无线通信系统的多元化的今天,通信终端设备逐渐趋于多频化、宽频化、小型化和智能化。在无线通信系统中,信号发射与接收最关键的部分就是天线,通信质量也直接受天线好坏影响。因此,为了适应多类无线通信设备发展需求,需开发与其相匹配的多频宽带技术、高精度定位技术、高增益低副瓣技术等。本论文在常见几类无线通信系统的应用背景下,针对微带天线、平面印刷单极子天线及其微带平面阵列天线进行了深入研究。  本文主要工作可概括为:  1.提出高精度定位的北斗/GPS双模双频微带天线研究。针对全球卫星导航系统终端天线要接收多个频段信号及高精度定位的要求,提出三种北斗/GPS双模双频微带天线方案。首先,结合宽槽结构和加载带耦合腔的天平状枝节结构技术,实现了方案A-单馈单层北斗/GPS双模双频微带天线。其次,在方案A的结构基础上进行改进,去掉加载枝节结构,利用叠层结构技术设计双频,实现了方案B-双馈叠层北斗/GPS双模双频微带天线。然后,在方案B基础上将每一层的单馈结构改进为四馈结构,实现了方案C-四馈电叠层北斗/GPS双模双频微带天线。结合高精度定位要求,我们对三种方案进行了详细的仿真分析与对比,最终选择了方案C。在方案C的基础上,设计出一套双输入端口的北斗/GPS双模双频Wilkinson功分器馈电网络。该功分器馈电网络包括两套一分四功分器,全部由微带线结构实现,输出端口实现0。、90。、180。、270。的相位差。最后,将馈电网络与方案C的天线进行整体设计和仿真分析,并讨论了天线的高精度定位性能。  2.提出适用于WLAN/WiMAX的多频宽带平面印刷天线研究。为满足无线通信终端设备覆盖多频段工作需求,设计出两个系列的平面印刷多频宽带天线。首先提出一种创新对称双偶极调控的缝隙耦合谐振器技术,并将它作为本文印刷天线的关键多频段技术。第一类天线是基于“箭头”型对称双偶极调控缝隙耦合谐振器的微带馈电印刷天线,利用箭头型缝隙耦合谐振器结构、贴片上加载T型枝节以及地板上的L型缝隙结构,从而设计出一款满足WLAN/WiMAX应用的四频宽带印刷天线。第二类天线是基于“工”型对称双偶极调控缝隙耦合谐振器的平面印刷天线。采取共面波导馈电形式,通过短T型枝节加载,“工”型缝隙耦合谐振器结构以及地板弧形缺陷结构,实现了满足WLAN和WiMAX应用的三频带天线。  3.对微带平面阵列天线的低副瓣高增益特性进行了探索研究。首先设计了一种工作在WLAN(5.8GHz)频段的单元微带天线。然后,以该天线单元作为阵元,讨论了阵列天线的常见几类综合方法,进行结果分析比较后,选取Dolph-chebyshef方法作为低副瓣设计的主要综合方法,然后结合模组化的设计思想,创新了提出一种串并联混合馈电形式的4×4平面微带阵列馈电网络,最终完成4×4的低副瓣、高增益平面微带阵列整体设计。文中还将4×4的低副瓣平面微带阵列天线和4×4的传统平面微带阵列天线进行了对比分析,仿真数据显示所设计的低副瓣平面微带阵列天线具有较好的低副瓣工作性能。
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