微帶環(huán)形平面雙頻超寬帶天線設(shè)計(jì)

基于隱蔽監(jiān)測(cè)的特殊需要,其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求天線寬頻帶、高增益、且小型輕便,為此選定設(shè)計(jì)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(dá)30.77%,其增益達(dá)6.8~9.5dbi,滿足隱蔽監(jiān)測(cè)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(diǎn)的低q諧振電長(zhǎng)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(zhǎng)度,即構(gòu)成低段頻點(diǎn)的低q諧振電長(zhǎng)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?dǎo)電流路徑被延伸,因而貼片的實(shí)際尺寸被縮小約30%。本設(shè)計(jì)天線的仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合,表明近似計(jì)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(guān)注和興趣,超寬帶天線設(shè)計(jì)是一個(gè)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(zhǔn)喇叭天線設(shè)計(jì),通過合理設(shè)計(jì)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(shì)。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(jìn)行饋電。仿真結(jié)果表明:該偶極子天線相對(duì)帶寬達(dá)到了70%(vswr≤2),實(shí)現(xiàn)了1.87-3.87ghz的工作頻帶,平均增益達(dá)到7dbi,具有穩(wěn)定的增益和方向圖,交叉極化小于-25db.

針對(duì)微帶天線自身特點(diǎn),設(shè)計(jì)一款u形槽的寬帶微帶天線,采取相應(yīng)措施,使得駐波比、帶寬、增益等參數(shù)在其所設(shè)計(jì)的輻射頻段均達(dá)到比較理想效果。用hfss軟件進(jìn)行仿真計(jì)算及優(yōu)化設(shè)計(jì),并對(duì)實(shí)際天線進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)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(dǎo)天線的性能、設(shè)計(jì)原理,分析了各個(gè)參數(shù)對(duì)天線性能的影響,通過優(yōu)化半橢圓輻射貼片的長(zhǎng)短軸半徑,設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的共面波導(dǎo)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(chǔ)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(jìn)一步的展寬,覆蓋了3~31ghz頻段,阻抗帶寬超過10∶1。加工了實(shí)物并進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)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(jiǎn)單,尺寸小,便于集成在多種移動(dòng)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(diǎn),但窄帶特性卻制約了其工程應(yīng)用的范圍。在對(duì)曲邊蝶形天線結(jié)構(gòu)和特性理論分析的基礎(chǔ)上,使用ansoft公司的hfss三維電磁場(chǎng)軟件對(duì)其進(jìn)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(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了微帶天線的寬頻帶特性。

隨著wlan與藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展,2.4ghz頻段越來越受到關(guān)注,因此,設(shè)計(jì)了一種新型的應(yīng)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(shè)備中,有較強(qiáng)的實(shí)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(shí)現(xiàn)微帶天線的小型化寬頻帶.其阻抗帶寬達(dá)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(dá)到了6.7dbi.

改進(jìn)了一種印刷圓盤單極超寬帶天線.利用仿真軟件cst對(duì)其進(jìn)行了仿真計(jì)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(jìn)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(yīng)用于目前的短程超寬帶通信系統(tǒng).

準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)超寬帶系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離通信,該天線在準(zhǔn)八木天線基礎(chǔ)上增加了引向器,從而在對(duì)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(luò)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(cè)試結(jié)果均表明:準(zhǔn)八木天線有效地實(shí)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(duì)集中,從而在遠(yuǎn)距離地面通信中有效增加了輻射能量的利用率,可以實(shí)現(xiàn)定向遠(yuǎn)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(shè)計(jì) 【中文摘要】在超寬帶通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,需要綜合考慮脈沖波形 的產(chǎn)生和發(fā)射/接收天線對(duì)脈沖波形傳輸質(zhì)量的影響。在非超寬帶天 線的設(shè)計(jì)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?cè)谝欢ǖ膸挿秶鷥?nèi)變化不 大。但是,當(dāng)天線的帶寬是幾倍的頻程甚至十幾倍頻程,即對(duì)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(shí)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(diǎn)。本文在 研究保真度與天線參數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一款保真度較高的超寬 帶天線。論文分為四個(gè)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(hào)經(jīng)過超寬帶天線及自由空間時(shí)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(hào)的計(jì)算與

本文列舉了纖維增強(qiáng)塑料以及夾層結(jié)構(gòu)的電性能和力學(xué)性能的理論計(jì)算公式，并對(duì)這些估算公式用于寬帶天線罩的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了分析。

結(jié)合分形理論的優(yōu)點(diǎn),仿真設(shè)計(jì)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(dǎo)饋電。通過數(shù)值仿真,對(duì)天線的阻抗特性和方向圖進(jìn)行了研究,結(jié)果表明這2種分形天線的阻抗帶寬均達(dá)到了90%左右,并且在整個(gè)工作頻段內(nèi)具有良好的輻射方向性。同時(shí)分形結(jié)構(gòu)的引入,實(shí)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(lì)出新的諧振點(diǎn),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(shí)現(xiàn)展寬帶寬的目的。通過仿真與測(cè)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(dá)到8.22db,具有良好的輻射特性。

設(shè)計(jì)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(diǎn)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(dá)23.7%的相對(duì)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(shí)現(xiàn)雙頻,添加垂直于底邊的縫隙使兩個(gè)頻點(diǎn)靠近,經(jīng)仿真軟件優(yōu)化后,最終實(shí)現(xiàn)頻帶展寬。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)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(jìn)行了實(shí)物加工與測(cè)量,實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)過程簡(jiǎn)單、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)。采用田口算法與時(shí)域有限差分(fdtd)法結(jié)合的方法對(duì)超寬帶tem喇叭天線進(jìn)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(jìn)化相應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(jìn)化收斂速度的近三倍。另外還對(duì)六元喇叭天線陣進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)(cpw)進(jìn)行饋電,通過在矩形貼片上開一個(gè)u形槽和在接地面上開2個(gè)對(duì)稱的l形槽來實(shí)現(xiàn)雙陷波功能。

設(shè)計(jì)了一種具有矩形環(huán)路的超寬帶天線。該天線包含兩個(gè)共振輻射部分,一條回路和槽循環(huán),通過該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了超寬帶功能。利用高頻電磁仿真軟件hfss進(jìn)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(biāo),仿真結(jié)果證明了該天線設(shè)計(jì)方法有效可行。

文章設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)成漸變的心形形狀,同時(shí)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(shí)現(xiàn)了在5ghz~6ghz處形成阻帶特性,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適用于超寬帶系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

在分形的理論基礎(chǔ)上,結(jié)合扇形循環(huán)嵌套元素,文章設(shè)計(jì)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(dǎo)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(gè)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(cè)量方向圖、反射損耗和阻抗等性能,各頻率點(diǎn)的方向圖均實(shí)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(diǎn)及其分形嵌套設(shè)計(jì)思想可以廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域.

基于單介質(zhì)層結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一款雙頻寬帶全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(gnss)測(cè)量型天線,天線采用單層高性能輕質(zhì)復(fù)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(shè)計(jì),并在天線單元外圍設(shè)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(diǎn)饋電技術(shù)和寬帶耦合相移饋電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用保證了天線相位中心穩(wěn)定度更加可靠。設(shè)計(jì)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(shí)物樣機(jī)對(duì)比測(cè)試分析,實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合。實(shí)測(cè)頻譜顯示,該天線工作頻段覆蓋目前在運(yùn)行的四大導(dǎo)航系統(tǒng)全部工作頻點(diǎn),較好滿足gnss精確測(cè)量與定位系統(tǒng)終端設(shè)備應(yīng)用需求。

結(jié)合超寬帶脈沖信號(hào)的特點(diǎn),選擇了高斯脈沖波型,分析天線對(duì)稱結(jié)構(gòu)存在目標(biāo)位置冗余信息,提出非軸對(duì)稱的交叉螺旋布陣優(yōu)化設(shè)計(jì),降低了時(shí)域波束形成中點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的旁瓣水平,進(jìn)而抑制穿墻成像中的虛假像。