【摘要】：隨著無線通信系統(tǒng)的發(fā)展,有源集成天線因其體積小,功能強,效率高等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于軍事和商業(yè)領(lǐng)域,如相控陣,功率合成,移動通信和無線傳感器等方面。同時作為新興智能天線的微帶漏波天線因波束電控頻率掃描特性和低剖面、易集成等優(yōu)點,成為近年來的研究熱點。復(fù)合左右手(CRLH)漏波天線是CRLH傳輸線的眾多應(yīng)用之一。復(fù)合左右手傳輸線可以同時傳輸快波和慢波兩種模式。工作在快波區(qū)域的復(fù)合左右手傳輸線稱為漏波天線,可實現(xiàn)前向后向及邊向的輻射,同時又具有很低的剖面。這些優(yōu)點使CRLH漏波天線可與有源器件集成或做成共形表面應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)。分布式放大器(Distributed Amplifier,DA)也稱為行波放大器,將多個放大器沿傳輸線并聯(lián)在一起作,在極寬的頻段內(nèi)實現(xiàn)較平坦的增益和較好的阻抗匹配。本文以分布式放大器結(jié)構(gòu)和CRLH漏波天線理論為基礎(chǔ),利用二者的行波共性,采用電磁仿真結(jié)合試驗實測的方法,對基于分布式放大器和CRLH的微帶漏波天線進行研究,提出并設(shè)計了性能改進的有源集成漏波天線。本論文的主要工作如下:1.設(shè)計了一款工作在1.9GHz的小型化平衡式低噪聲。利用MWO軟件對3dB正交耦合器進行小型化仿真設(shè)計,使用中間加載開路枝節(jié)和階躍阻抗線的方法有效減小了耦合臂長度,同時盡量增加帶寬。小型寬帶化的3dB正交耦合器較傳統(tǒng)正交耦合器面積減小約80%。有效地縮小了電路尺寸。實測結(jié)果顯示該電路性能良好,滿足設(shè)計指標。2.介紹了分布式放大器的主要性能參數(shù)和工作原理�；贛EFET的小信號模型,設(shè)計了一款工作于2.5~6GHz的超寬帶放大器。工作頻段內(nèi),該放大器增益為10dB左右,11S小于-10dB。實測結(jié)果與仿真吻合良好。3.從復(fù)合左右手等效電路研究入手,介紹了CRLH傳輸線的基本分析方法和設(shè)計思路。對對稱和非對稱結(jié)構(gòu)的CRLH漏波天線進行了分析與對比。在此基礎(chǔ)上,分別研究并設(shè)計了工作在平衡狀態(tài)下的六單元對稱和非對稱結(jié)構(gòu)CRLH微帶漏波天線。非對稱結(jié)構(gòu)CRLH漏波天線在工作頻段2.4~6.8GHz內(nèi)11S均小于-10dB,輻射波束可實現(xiàn)從后向向前向無縫隙連續(xù)掃描,波束掃描范圍可達到-30°~50°。對稱結(jié)構(gòu)漏波天線工作頻段為2.6~6GHz。仿真可得該天線在工作頻段內(nèi)11S小于-10dB,掃描范圍為-60°~80°。4.利用CRLH漏波天線和分布式放大器的行波共性,將設(shè)計好的對稱結(jié)構(gòu)CRLH漏波天線替代分布式放大器的漏極傳輸線。同時設(shè)計了與漏波天線色散關(guān)系一致的集總CRLH傳輸線,替代柵極傳輸線,解決了柵極傳輸線與漏極傳輸線相位一致性的問題。實測天線各個頻點的增益比較平坦,所測頻點最高和最低增益差不超過2.2dB。由于分布式放大器的嵌入,該漏波天線在僅6個單元的較小尺寸下實際增益達到5.5dB左右,顯著增加了有效輻射面積。
[Abstract]:With the development of wireless communication system, active integrated antenna is widely used in military and commercial fields, such as phased array, power synthesis, mobile communication and wireless sensor, because of its small size, strong function and high efficiency. At the same time, microstrip leaky wave antenna, as a new smart antenna, has become a research hotspot in recent years because of its advantages such as beam electronic frequency scanning characteristics, low profile, easy integration and so on. Compound left and right hand (CRLH) leaky wave antenna is one of the many applications of CRLH transmission line. The composite left-right-hand transmission line can transmit both fast and slow waves at the same time. The compound left-right hand transmission line working in the fast wave region is called the leaky wave antenna which can realize the forward backward and side radiation and at the same time has a very low profile. These advantages enable the CRLH leaky antenna to be integrated with active devices or made into conformal surfaces for use in wireless communication systems. Distributed amplifiers (Distributed Amplifier,DA), also called traveling wave amplifiers, are parallel along transmission lines to achieve flatter gain and better impedance matching in very wide frequency bands. Based on the structure of distributed amplifier and the theory of CRLH leaky wave antenna, the microstrip leaky wave antenna based on distributed amplifier and CRLH is studied in this paper by using electromagnetic simulation combined with experimental method. An improved active integrated leaky antenna is proposed and designed. The main work of this thesis is as follows: 1. A miniaturized balanced low noise working in 1.9GHz is designed. The miniaturization simulation design of 3dB orthogonal coupler is carried out by using MWO software. The open branch and step impedance line are used to reduce the length of the coupling arm and to increase the bandwidth as much as possible. Compared with the traditional 3dB coupler, the area of the small broadband 3dB coupler is reduced by about 80%. The circuit size is reduced effectively. The measured results show that the circuit has good performance and meets the design index. 2. 2. The main performance parameters and working principle of distributed amplifier are introduced. Based on the small signal model of MEFET, an ultra wideband amplifier working in 2.5~6GHz is designed. In the operating frequency band, the gain of the amplifier is about 11s of 10dB and less than -10 dB. The measured results are in good agreement with the simulation. The basic analysis method and design idea of CRLH transmission line are introduced from the research of compound left-hand equivalent circuit. The CRLH leaky wave antennas with symmetric and asymmetric structures are analyzed and compared. On this basis, the six-element symmetric and asymmetric CRLH microstrip leaky wave antennas working in equilibrium state are studied and designed respectively. The CRLH leaky wave antenna with asymmetric structure is less than -10dB in the operating frequency band 2.4~6.8GHz. The radiation beam can be scanned continuously from backward to forward without gap, and the scanning range of the beam can reach -30 擄~ 50 擄. The operating frequency range of symmetrical leaky wave antenna is 2.6 GHz. The simulation results show that the antenna is less than -10dB in the operating frequency band, and the scanning range is -60 擄/ 80 擄路4. Based on the common characteristics of CRLH leaky wave antenna and distributed amplifier, the symmetrical CRLH leaky wave antenna is designed to replace the drain transmission line of distributed amplifier. At the same time, the lumped CRLH transmission line, which is consistent with the dispersion relation of the leaky antenna, is designed to replace the grid transmission line, and the phase consistency between the grid transmission line and the drain transmission line is solved. The gain of the measured antenna is flat and the maximum and minimum gain difference of the measured frequency is less than 2.2 dB. Due to the embedding of the distributed amplifier, the actual gain of the leaky antenna is about 5.5dB under the smaller size of only 6 units, which increases the effective radiation area significantly.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN820

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本文編號：2220057