【摘 要】
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基片集成波导(SIW)背腔结构具有低损耗、高Q值、体积小和易于与系统集成等优点,被广泛应用于设计各种天线。差分天线采用双端口馈电,可直接与射频系统的差分电路相接,避免使用巴伦等转换器件,有效地减少信号的输入损耗,提高天线效率并使射频系统拥有更高的集成度。双极化天线利用极化分集技术有效抵抗多径衰落,减少干扰,增加系统容量,提高服务质量。天线的多频化能使一副天线同时覆盖多个频段,有利于减小设备体积,符
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基片集成波导（SIW）背腔结构具有低损耗、高Q值、体积小和易于与系统集成等优点,被广泛应用于设计各种天线。差分天线采用双端口馈电,可直接与射频系统的差分电路相接,避免使用巴伦等转换器件,有效地减少信号的输入损耗,提高天线效率并使射频系统拥有更高的集成度。双极化天线利用极化分集技术有效抵抗多径衰落,减少干扰,增加系统容量,提高服务质量。天线的多频化能使一副天线同时覆盖多个频段,有利于减小设备体积,符合通信系统小型化、集成化的需求。本文研究一类基于SIW背腔的差分馈电宽带、多频双极化天线。具体研究工作包括:1.提出了一种基于SIW背腔的差分馈电双极化天线。天线的辐射缝隙结构为“十”字花瓣形,利用两条空间上正交且尺寸完全相同的微带线馈电,差分信号通过微带馈线末端的SMA头激励天线,缝隙结构下方放置SIW背腔。实测结果表明天线具有24%的差模阻抗带宽(|Sdd11|或|Sdd22|（27）-10dB),覆盖13.2-16.8GHz,差分端口之间的隔离度高于40dB,天线平均增益为6dBi,辐射方向图稳定。2.研究了一种基于SIW背腔的低剖面差分馈电双频双极化天线,其缝隙结构由四个完全相同的缝隙单元组成,每一个缝隙单元都包含一对C型缝隙和一个椭圆弧缝隙,天线依旧利用两条空间上正交的微带线馈电,SIW背腔置于缝隙结构下方。实测结果表明10-dB差模阻抗带宽为2.4-2.5GHz,4.97-5.96GHz,完全覆盖了WiFi频段。天线的隔离度优于40dB,两个频段的增益分别为4.7dBi和7.4dBi,天线整体高度为0.038λ2.4GHz(λ2.4GHz为2.4GHz频率在自由空间中的波长),具有低剖面的特征。3.设计了一种应用于WiFi/5G系统的差分馈电三频双极化天线。天线在上述所提出的双频天线的辐射缝隙结构基础上进行变化,并同时增加了“土”字形缝隙和L型缝隙,以及在SIW背腔中引入8个短路柱,进而实现了三频工作性能。实测表明天线的10-dB差模阻抗带宽为2.4-2.51GHz,3.29-3.6GHz和4.8-5.05GHz,很好地覆盖了2.4G-WiFi和5G移动通信频段,同时端口之间的隔离度大于30dB。三个频段的增益分别为4.8dBi、5.1dBi和6dBi,天线整体高度为0.054λ2.4GHz,具有低剖面的特征。通过上述系统研究,丰富了基于SIW背腔的差分馈电双极化天线理论及设计方法,对该类型天线的工程应用奠定了基础。
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