小型化超寬帶多陷波天線及UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、超寬帶(UWB)技術(shù)是未來(lái)無(wú)線通信備選技術(shù)之一，隨著科技不斷進(jìn)步，UWB技術(shù)能解決長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著傳統(tǒng)通信領(lǐng)域的諸多問(wèn)題，受到了國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者廣泛關(guān)注。超寬帶天線作為超寬帶系統(tǒng)的重要部件，其性能的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。超寬帶天線的主要性能指標(biāo)包括超寬帶阻抗帶寬、良好的全向輻射特性和穩(wěn)定的增益，同時(shí)要求天線具有穩(wěn)定的相位中心、小型化、高效率。為了避免與現(xiàn)有的傳統(tǒng)窄帶通信系統(tǒng)間產(chǎn)生相互干擾，要求超寬帶天線具有陷波功能。

2、　　本論文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)超寬帶天線研究中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了三種類型多款小型化超寬帶天線，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　首先設(shè)計(jì)了基于共面波導(dǎo)饋電的可調(diào)諧元寶形多邊縫隙超寬帶天線，天線尺寸僅為27 mm×25 mm。為了縮小天線尺寸，采用多邊形縫隙結(jié)構(gòu)。為了拓展帶寬在原始參考梯形饋源基礎(chǔ)上逐步修正為元寶形饋源，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)阻抗帶寬2.6 GHz-11.5 GHz，且具有良好全向輻射特性;同時(shí)，分別采用“面對(duì)面”和“邊對(duì)邊”模型

3、對(duì)天線進(jìn)行時(shí)域特性分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩種方式的群時(shí)延均小于3ns;隨后，通過(guò)在元寶饋源開(kāi)C形槽線和在多邊縫隙內(nèi)側(cè)邊緣加載寄生枝節(jié)實(shí)現(xiàn)了5 GHz-5.85 GHz無(wú)線局域網(wǎng)WLAN全部頻段及8 GHz-8.5 GHz地球探測(cè)衛(wèi)星服務(wù)EESS頻段的雙陷波功能;最后通過(guò)表面電流分析了諧波結(jié)構(gòu)在天線中所起的作用，給出了等效傳輸線模型。
　　隨后設(shè)計(jì)了基于微帶線饋電的多層嵌套內(nèi)外鏤空環(huán)單極子超寬帶天線，天線尺寸為28 mm×30 mm。采

4、用正方形輻射貼片時(shí)，該天線阻抗帶寬為3.6 GHz-9.9GHz。為了拓展帶寬，在上述天線輻射貼片中挖去圓形以增加電流長(zhǎng)度，同時(shí)以該結(jié)構(gòu)為原型向內(nèi)遞歸形成自相似的系列子元，并使地板逐層退化成為階梯形;該結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超寬帶天線覆蓋帶寬3.1 GHz-13.9 GHz，同時(shí)由仿真結(jié)果可以看出該天線的E面呈飽滿的“8”字型，H面呈完美的圓形，證實(shí)了該天線具有良好的全向輻射特性;通過(guò)加載電磁帶隙(EBG)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了6.8 GHz-7.9 GHz的

5、阻帶特性，適用于屏蔽了X波段的衛(wèi)星通信，但加載的EBG結(jié)構(gòu)相比于小型化的天線結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大，因此會(huì)激發(fā)出額外的諧振頻點(diǎn)影響阻抗帶寬及陷波的精準(zhǔn)度，該陷波方法不太適合結(jié)構(gòu)緊湊的超寬帶天線;通過(guò)混合多種方法，包括:開(kāi)槽、添加匹配枝節(jié)及加載SIR諧振器，實(shí)現(xiàn)2.75 GHz-3.55 GHz、3.75 GHz-4.27GHz及7.18 GHz-8.35 GHz三個(gè)頻段的阻帶特性，分別覆蓋了WiMAX、C波段衛(wèi)星通信、X波段衛(wèi)星通信和地球探測(cè)衛(wèi)星

6、服務(wù)四個(gè)窄帶通信系統(tǒng)。
　　最后，設(shè)計(jì)了一款具有高隔離度的小型化UWB-MIMO天線。首先設(shè)計(jì)了六邊形單極子超寬帶天線單元，該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸較小的優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為MIMO天線的單元結(jié)構(gòu);在此基礎(chǔ)上，通過(guò)將設(shè)計(jì)好的天線單元邊對(duì)邊放置組成了UWB-MIMO天線。為了增加隔離度，在地板中線加載十字枝節(jié)，并指出了十字枝節(jié)較簡(jiǎn)單矩形枝節(jié)具有更好的調(diào)節(jié)作用;通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化，最終得到了尺寸僅為32 mm×32 mm，阻抗帶寬為2.6