微帶環(huán)形平面雙頻超寬帶天線設計

基于隱蔽監(jiān)測的特殊需要,其監(jiān)測系統(tǒng)要求天線寬頻帶、高增益、且小型輕便,為此選定設計u型槽矩形貼片微帶天線。本天線矩形貼片尺寸為44.4×89.4mm2(即l×w),輻射貼片與地之間的空氣層厚度為10mm(即h),可在2.2~3ghz范圍內(nèi)工作,頻帶寬度約達30.77%,其增益達6.8~9.5dbi,滿足隱蔽監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)要求。該天線的矩形貼片尺寸l可構(gòu)成高段頻點的低q諧振電長度,而將貼片中印成u型槽后,其總尺寸未變,但與l組合后將延伸新的等效電長度,即構(gòu)成低段頻點的低q諧振電長度,從而使整體貼片(有u型槽后)具有寬帶工作特性。這里低q諧振是由u型槽造成的,有利展寬頻帶。由于u型槽使貼片上表面?zhèn)鲗щ娏髀窂奖谎由?因而貼片的實際尺寸被縮小約30%。本設計天線的仿真結(jié)果與實測結(jié)果基本吻合,表明近似計算公式可信。

近年來,超寬帶(uwb)無線通信技術(shù)的發(fā)展日益引起人們的關注和興趣,超寬帶天線設計是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。本文提出一種新穎的超寬帶楔形微帶準喇叭天線設計,通過合理設計輻射貼片和介質(zhì)基板的尺寸及形狀,有效地展寬了天線帶寬。仿真結(jié)果顯示其vswr<2的頻帶范圍較大,而且隨著頻率的增加,天線的增益有增大的趨勢。此外,這種天線成本較低廉,比較容易制作。

本文提出了一種寬帶三角形偶極子微帶天線。該天線由平面偶極子,垂直短路片組成,由l型饋線進行饋電。仿真結(jié)果表明:該偶極子天線相對帶寬達到了70%(vswr≤2),實現(xiàn)了1.87-3.87ghz的工作頻帶,平均增益達到7dbi,具有穩(wěn)定的增益和方向圖,交叉極化小于-25db.

針對微帶天線自身特點,設計一款u形槽的寬帶微帶天線,采取相應措施,使得駐波比、帶寬、增益等參數(shù)在其所設計的輻射頻段均達到比較理想效果。用hfss軟件進行仿真計算及優(yōu)化設計,并對實際天線進行了測試。測試結(jié)果與仿真結(jié)果具有很好的一致性。

介紹了共面波導天線的性能、設計原理,分析了各個參數(shù)對天線性能的影響,通過優(yōu)化半橢圓輻射貼片的長短軸半徑,設計了一種結(jié)構(gòu)簡單的共面波導饋電的小型超寬帶天線,覆蓋頻段為2.9~10.8ghz。在此天線的基礎上,采用在天線輻射貼片底端依次刻蝕三組矩形凹口的措施,使得天線的帶寬得到進一步的展寬,覆蓋了3~31ghz頻段,阻抗帶寬超過10∶1。加工了實物并進行了測試,測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好,表明這種展寬帶寬方法的有效性。該天線結(jié)構(gòu)簡單,尺寸小,便于集成在多種移動通信系統(tǒng)中。

傳統(tǒng)形式上的微帶貼片天線雖具有體積小、重量輕的特點,但窄帶特性卻制約了其工程應用的范圍。在對曲邊蝶形天線結(jié)構(gòu)和特性理論分析的基礎上,使用ansoft公司的hfss三維電磁場軟件對其進行建模仿真,最終優(yōu)化得出了在0.8～3.0ghz寬頻帶范圍內(nèi)都具有良好的輻射特性,且在工作帶寬內(nèi)vswr<1.5的曲邊蝶形微帶天線,在小型化的基礎上實現(xiàn)了微帶天線的寬頻帶特性。

隨著wlan與藍牙技術(shù)的發(fā)展,2.4ghz頻段越來越受到關注,因此,設計了一種新型的應用于2.4ghz頻段的天線.該天線結(jié)構(gòu)緊湊,可以方便地植入無線通信設備中,有較強的實用性.它通過在矩形微帶天線的輻射貼片上加載窄縫隙和一些諧振單元,利用直接或間接耦合作用,來實現(xiàn)微帶天線的小型化寬頻帶.其阻抗帶寬達到了885mhz(2010~2899mhz,回波損耗小于-10db),輻射方向圖表明該天線性能較好,增益達到了6.7dbi.

改進了一種印刷圓盤單極超寬帶天線.利用仿真軟件cst對其進行了仿真計算,最后給出了天線的反射損耗曲線和輻射方向圖.該天線采用微帶線進行饋電.天線基板采用較低的介電常數(shù)(ε=2.2),天線的-10db反射損耗的頻率覆蓋范圍為2.77～14.82ghz.這種天線很適合應用于目前的短程超寬帶通信系統(tǒng).

準八木(quasi-yagi)天線是一種基于傳統(tǒng)八木天線的寬帶平面微帶天線,具有良好的增益特性。為了實現(xiàn)超寬帶系統(tǒng)的遠距離通信,該天線在準八木天線基礎上增加了引向器,從而在對天線剖面影響較小的前提下提高了天線單元的增益。利用寬帶饋電網(wǎng)絡組陣,使天線陣列具有良好的阻抗匹配性能,顯著提高了天線的輻射效率。仿真和測試結(jié)果均表明:準八木天線有效地實現(xiàn)了超寬帶、小型化、高增益,并且在水平方向上天線的能量輻射范圍比較大,而在垂直方向上能量輻射相對集中,從而在遠距離地面通信中有效增加了輻射能量的利用率,可以實現(xiàn)定向遠距離地面寬帶通信。

保真度論文：超寬帶高保真天線的研究與設計 【中文摘要】在超寬帶通信系統(tǒng)設計中,需要綜合考慮脈沖波形 的產(chǎn)生和發(fā)射/接收天線對脈沖波形傳輸質(zhì)量的影響。在非超寬帶天 線的設計中,一般采用駐波比、增益、方向圖等參數(shù)來衡量天線性能 的好壞。這些參數(shù)都是頻率的函數(shù),它們在一定的帶寬范圍內(nèi)變化不 大。但是,當天線的帶寬是幾倍的頻程甚至十幾倍頻程,即對于超寬帶 天線,上述電參數(shù)已不足以反映超寬帶天線的性能。因此,超寬帶天線 時域脈沖波形的保真度逐漸成為超寬帶天線性能的研究熱點。本文在 研究保真度與天線參數(shù)關系的基礎上,設計了一款保真度較高的超寬 帶天線。論文分為四個部分。首先介紹了發(fā)展超寬帶天線的意義,然 后討論了脈沖信號經(jīng)過超寬帶天線及自由空間時產(chǎn)生失真的過程及 原因,給出了本文的研究方法。其次,介紹了超寬帶天線的性能參數(shù), 并給出了超寬帶天線系統(tǒng)框圖及其傳輸信號的計算與

本文列舉了纖維增強塑料以及夾層結(jié)構(gòu)的電性能和力學性能的理論計算公式，并對這些估算公式用于寬帶天線罩的設計計算進行了分析。

結(jié)合分形理論的優(yōu)點,仿真設計了2種基于分形技術(shù)的微帶天線。這2種天線均采用正六邊形分形迭代結(jié)構(gòu),分別使用微帶線和共面波導饋電。通過數(shù)值仿真,對天線的阻抗特性和方向圖進行了研究,結(jié)果表明這2種分形天線的阻抗帶寬均達到了90%左右,并且在整個工作頻段內(nèi)具有良好的輻射方向性。同時分形結(jié)構(gòu)的引入,實現(xiàn)了天線的小型化。

提出一種新型寬帶天線結(jié)構(gòu),在天線貼片兩邊緣開兩c型槽,以激勵出新的諧振點,并在介質(zhì)與地板間加入空氣層,降低q值,從而在較小體積的條件下實現(xiàn)展寬帶寬的目的。通過仿真與測試結(jié)果表明,該天線在3.92~4.47ghz頻帶內(nèi)反射系數(shù)均小于-10db,方向增益達到8.22db,具有良好的輻射特性。

設計了一種用于pcs和imt-2000頻段的雙u形結(jié)構(gòu)的微帶貼片天線,提出了一種新的方法,用同軸饋電的不是傳統(tǒng)平行的雙u形矩形微帶貼片,其優(yōu)點也是可以增加輸入阻抗帶寬。天線使用合適的尺寸,可以使u形縫天線在1710~2170mhz頻段內(nèi)高達23.7%的相對帶寬(vswr<2)。使用商業(yè)軟件hfss10得到天線的回波損耗和方向圖仿真結(jié)果。

提出了一種展寬三角形微帶天線工作帶寬的新方法。通過在三角形微帶貼片加載與側(cè)邊平行的縫隙來實現(xiàn)雙頻,添加垂直于底邊的縫隙使兩個頻點靠近,經(jīng)仿真軟件優(yōu)化后,最終實現(xiàn)頻帶展寬。仿真結(jié)果表明,所設計天線的工作帶寬(vswr<2)是普通三角形微帶天線的4倍,且天線尺寸與同頻率未加載縫隙的天線相比縮小5%。進行了實物加工與測量,實驗結(jié)果與仿真結(jié)果吻合,證明了所提出方法的有效性。

田口算法作為一種全局優(yōu)化算法,具有實現(xiàn)過程簡單、收斂速度快等優(yōu)點。采用田口算法與時域有限差分(fdtd)法結(jié)合的方法對超寬帶tem喇叭天線進行了優(yōu)化,并把優(yōu)化性能、收斂速度等與整數(shù)編碼微分進化相應結(jié)果進行對比。結(jié)果表明田口算法能夠?qū)さ阶顑?yōu)解,而且其收斂速度是整數(shù)編碼微分進化收斂速度的近三倍。另外還對六元喇叭天線陣進行了優(yōu)化,優(yōu)化后六元陣的性能得到了很大的提高。

提出了一種帶雙陷結(jié)構(gòu)的共面波導饋電的平面超寬帶天線。天線采用矩形貼片作為輻射單元,采用共面波導(cpw)進行饋電,通過在矩形貼片上開一個u形槽和在接地面上開2個對稱的l形槽來實現(xiàn)雙陷波功能。

設計了一種具有矩形環(huán)路的超寬帶天線。該天線包含兩個共振輻射部分,一條回路和槽循環(huán),通過該設計實現(xiàn)了超寬帶功能。利用高頻電磁仿真軟件hfss進行了仿真,該天線工作頻率在2.8~4.85ghz,輸入回波損耗<-10db,并給出了方向圖、回波損耗等天線的普遍性指標,仿真結(jié)果證明了該天線設計方法有效可行。

文章設計了一種新穎的心形超寬帶陷波天線。該天線采用微帶線饋電,為了獲得超寬帶特性,將天線的輻射貼片設計成漸變的心形形狀,同時在地板上切角來獲得良好的阻抗匹配。為了去除超寬帶頻帶內(nèi)的來自無線局域網(wǎng)(wlan)頻段的干擾,在輻射貼片上引入u形槽使其具有陷波功能。仿真結(jié)果表明該天線覆蓋了3.4ghz~14ghz的頻帶范圍,并實現(xiàn)了在5ghz~6ghz處形成阻帶特性,結(jié)構(gòu)簡單,適用于超寬帶系統(tǒng)的實際應用。

在分形的理論基礎上,結(jié)合扇形循環(huán)嵌套元素,文章設計出了一種具有多頻帶的小型微帶天線.以等腰梯形作為共面波導的金屬地板中間饋電極大地提高了該天線的輻射性能,其包含了3個通頻帶,覆蓋wlan/wimax的工作頻段,即2.44ghz/3.5ghz/5.2—5.8ghz.在該工作頻段,利用hfss軟件測量方向圖、反射損耗和阻抗等性能,各頻率點的方向圖均實現(xiàn)了h面全向,并且反射損耗較低.此外,該天線的小型化特點及其分形嵌套設計思想可以廣泛應用于其他領域.

基于單介質(zhì)層結(jié)構(gòu),設計了一款雙頻寬帶全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(gnss)測量型天線,天線采用單層高性能輕質(zhì)復合材料作為雙頻微帶天線共用的輻射介質(zhì)基板。雙頻輻射貼片單元采用共面齒輪結(jié)構(gòu)設計,并在天線單元外圍設置一系列短路銷釘來有效改善天線軸比帶寬、低仰角輻射增益等參數(shù),四饋點饋電技術(shù)和寬帶耦合相移饋電網(wǎng)絡的應用保證了天線相位中心穩(wěn)定度更加可靠。設計結(jié)果表明,該雙頻天線單元大于等于5dbi的輻射增益帶寬均大于245mhz,高低頻3db軸比帶寬分別為-76°~76°和-116°~116°,低仰角90°增益滑落均小于11.5db,經(jīng)實物樣機對比測試分析,實測結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合。實測頻譜顯示,該天線工作頻段覆蓋目前在運行的四大導航系統(tǒng)全部工作頻點,較好滿足gnss精確測量與定位系統(tǒng)終端設備應用需求。

結(jié)合超寬帶脈沖信號的特點,選擇了高斯脈沖波型,分析天線對稱結(jié)構(gòu)存在目標位置冗余信息,提出非軸對稱的交叉螺旋布陣優(yōu)化設計,降低了時域波束形成中點擴展函數(shù)的旁瓣水平,進而抑制穿墻成像中的虛假像。