天線加載技術的研究與應用.pdf

1、隨著無線通信技術和高速集成電路技術的飛速發(fā)展，天線作為無線通信系統(tǒng)中的重要組成部件，其性能指標的要求也越來越高。在實際工程應用中，傳統(tǒng)天線的特性參數(shù)往往不能滿足應用的具體要求，需要在天線上或者天線附近加載某些結構來改善天線的性能。加載技術在天線設計中應用非常廣泛，隨著現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，如何應用加載技術來實現(xiàn)天線的小型化、天線的多功能化、展寬天線的工作帶寬是當前天線加載技術研究和應用的主要方向。
　　針對加載技術研究應用的三個

2、主要方向，本文以小型化的微帶天線、多功能平面天線、脈沖天線的頻帶展寬和輻射波形改善為研究對象，設計了幾種加載天線，研究了加載技術在改善天線不同性能方面的應用。本文的工作內(nèi)容包括:
　　(1)設計了幾種采用分布式電抗加載技術來實現(xiàn)的小型化的微帶天線，利用等效電路模型對加載原理進行了分析，并利用全波仿真和實物測試驗證了加載效果。設計了一種短路條帶加載的懸置微帶天線，通過短路條帶和微帶天線之間形成的等效電容和等效電感的加載，使加載天線的

3、工作頻率降低了73.5％。還設計了一種Mushroom-like結構加載的懸置微帶天線，其中Mushroom-like結構和微帶天線之間形成的等效電容和等效電感，使天線的工作頻率降低了約74.5％;而Mushroom-like結構單元之間的耦合引入了多個諧振頻率，可以實現(xiàn)頻率比約為1.4的雙頻段工作的小型化微帶天線，具有較好的實際應用價值。還設計了一種加載Mushroom-like結構和集總電容的懸置微帶天線，可以在較低加工精度的情況下

4、，實現(xiàn)與僅加載Mushroom-like結構的懸置微帶天線同樣的小型化效果?？紤]到口徑耦合饋電的懸置微帶天線為三層結構且制作加載結構時較困難，還設計了嵌入式短路條帶加載和嵌入式Mushroom-like結構加載的微帶天線，這兩種加載天線為雙層結構，加載后實現(xiàn)了較好的天線工作頻率的降低;與普通的短路探針加載的微帶天線相比，這兩種加載天線還具有輻射主向無偏移的特性。
　　(2)提出了一種通過加載陷波反射器來實現(xiàn)多功能陷波天線的方法，這

5、種加載結構在低于天線工作頻率的陷波頻率處可以使加載天線具有陷波的特性，而在天線的工作頻帶可以提高天線的增益，實現(xiàn)了鏡像頻率濾波器、反射器和天線三種器件的功能的集成。本文以加載陷波反射器的平面偶極子天線為例，根據(jù)給出的陷波反射器的等效電路模型分析了陷波反射器的陷波原理，并通過全波仿真分析了陷波反射器的反射器特性?；谶@些研究，本文設計了一種加載陷波反射器的平面領結天線，實測結果表明，陷波反射器的加載實現(xiàn)了在低于工作頻段的鏡像頻率處約44

6、dB的輻射抑制，同時在工作頻段內(nèi)實現(xiàn)了約3dB的增益提高。本文還設計了一種加載陷波反射器和引向器的鋸齒形平面偶極子天線，仿真和實測結果均表明，陷波反射器的引入使得加載天線在陷波頻率處的輻射得到抑制，而陷波反射器和引向器共同作用，使得加載天線在工作頻段內(nèi)增益得到較大的提高。
　　(3)針對脈沖天線的頻帶展寬和輻射波形改善的問題，設計了幾種在天線末端進行阻性加載的脈沖天線，提出并驗證了在天線陣元之間進行阻性加載的方法。設計了一種末端延

7、伸電阻條帶加載的漸變槽線天線，并仿真對比了加載天線與無加載天線的端口反射信號、天線輻射效率、S參數(shù)和輻射波形，對比結果表明，這種加載方式可以有效減少天線末端的反射，在對主輻射脈沖的幅度和天線輻射效率影響較小的前提下，有效降低了輻射波形中拖尾脈沖的幅度，展寬了脈沖天線的低頻端帶寬。提出了一種末端電阻加載的高斯?jié)u變曲線菱形天線，仿真和實測結果均表明，該天線具有光滑的漸變結構，比傳統(tǒng)菱形天線具有更寬的低頻工作帶寬和更小的內(nèi)部及末端反射。提出了

8、在陣列單元之間進行阻性加載的設計方法，對陣元之間電阻加載的平面領結天線陣的研究結果表明，陣元之間進行加載可以有效地降低天線單元終端截斷處的反射脈沖，有利于展寬天線的工作頻帶。
　　上述工作以對微帶天線進行分布式電抗加載、對平面天線進行結構加載、對脈沖天線進行末端阻性加載為具體的研究對象，研究了加載技術在實現(xiàn)天線的小型化、天線的多功能化、展寬天線的工作帶寬等方向的應用，驗證了加載技術對天線不同輻射性能的改善。這些加載方法并不局限于所