為減少無線系統(tǒng)的復(fù)雜度,結(jié)構(gòu)緊湊化、寬帶化天線是未來發(fā)展的趨勢,緊湊型寬帶定向輻射天線具有易于裝配、便于測量、覆蓋頻帶范圍廣等特點(diǎn),在移動通信以及小型暗室中的微波測量領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用及研究意義。本文設(shè)計(jì)了兩種緊湊型寬帶定向輻射天線,分別是縱向尺寸緊湊型寬帶定向輻射天線以及橫向尺寸緊湊型寬帶定向輻射天線。所設(shè)計(jì)的縱向尺寸緊湊型寬帶定向輻射天線由一個(gè)有源振子,一個(gè)引向器和一個(gè)反射器組成。有源振子為印刷型開槽電偶極子和磁偶極子的組合形式,以增加天線的阻抗帶寬。引向器也是印刷型開槽電偶極子與磁偶極子的組合形式,可以抑制天線在高頻段的分束現(xiàn)象并改善天線的阻抗匹配。橢圓柱面反射器可起到抑制副瓣的作用。該縱向尺寸緊湊型寬帶定向輻射天線的工作帶寬為115%(0.75-2.8 GHz),增益高于5 d Bi,副瓣電平低于-10 d B,前后比大于10 d B,縱向尺寸為最低工作頻率所對應(yīng)波長的0.155倍。所設(shè)計(jì)的橫向尺寸緊湊型寬帶定向輻射天線由聚四氟乙烯介質(zhì)桿,漸變脊波導(dǎo)和同軸-脊波導(dǎo)階梯式饋電結(jié)構(gòu)組成。聚四氟乙烯介質(zhì)桿包括電磁波傳輸段和輻射段,輻射段主要利用橫向尺寸較小的圓介質(zhì)波導(dǎo)內(nèi)的主模HE11模產(chǎn)生低副瓣高增益的方向圖,傳輸段的四斜劈波導(dǎo)-介質(zhì)過渡結(jié)構(gòu)改善了天線的阻抗匹配。漸變脊波導(dǎo)使天線在較小的橫向尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)了較寬的帶寬,漸變脊的形式改善了金屬波導(dǎo)與介質(zhì)波導(dǎo)之間的阻抗匹配。同軸-脊波導(dǎo)階梯式饋電結(jié)構(gòu)采用平行式饋電,實(shí)現(xiàn)了較寬的饋電帶寬并且未增加天線的橫向尺寸。該橫向尺寸緊湊型寬帶定向輻射天線仿真得到的帶寬為75.9%(18~40 GHz),增益大于10 d Bi,副瓣電平低于-12 d B,前后比大于15 d B,橫向尺寸為最低工作頻率對應(yīng)波長的0.51倍。測試結(jié)果表明天線的帶寬為21-37 GHz(55.2%)。上述兩種緊湊型寬帶定向輻射天線均通過CST Microwave Studio?電磁仿真軟件進(jìn)行了仿真優(yōu)化工作,并加工了天線實(shí)物,使用安捷倫N5227A型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對實(shí)物進(jìn)行了測試,測試結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好,證明了設(shè)計(jì)的正確性。兩種天線均實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊化,其中縱向尺寸緊湊型寬帶定向輻射天線適用于移動通信領(lǐng)域,橫向尺寸緊湊型寬帶定向輻射天線適用于小型暗室的微波測量領(lǐng)域。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN820
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文1.2 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析1.2.1 國外研究現(xiàn)狀1.2.1.1 縱向尺寸緊湊型寬帶定向輻射天線定向天線沿輻射方向的尺寸為其縱向尺寸。2014 年，A. T. Mobashsher 等人提出了一種三維折疊型超寬帶定向輻射天線[10]，如圖 1-1 所示。該天線由一個(gè)領(lǐng)結(jié)形異形印刷振子和一個(gè)反射面組成，縱向剖面尺寸為 15 mm，為最低頻率對應(yīng)波長的 0.07 倍。如圖 2-2 所示，天線中心頻率為 2 GHz，相對帶寬為77%（1.23-2.77 GHz）。天線增益穩(wěn)定在 4-6 dBi，當(dāng)頻率大于 2.3 GHz 時(shí)輻射方向圖前后比下降明顯。該文獻(xiàn)未給出天線在 2.6-2.77 GHz 間的方向圖。

.1 縱向尺寸緊湊型寬帶定向輻射天線定向天線沿輻射方向的尺寸為其縱向尺寸。2014 年，A. T. Mobashs出了一種三維折疊型超寬帶定向輻射天線[10]，如圖 1-1 所示。該天結(jié)形異形印刷振子和一個(gè)反射面組成，縱向剖面尺寸為 15 mm，對應(yīng)波長的 0.07 倍。如圖 2-2 所示，天線中心頻率為 2 GHz，相對1.23-2.77 GHz）。天線增益穩(wěn)定在 4-6 dBi，當(dāng)頻率大于 2.3 GH向圖前后比下降明顯。該文獻(xiàn)未給出天線在 2.6-2.77 GHz 間的方向a) 結(jié)構(gòu)圖 b) 實(shí)物圖圖 1-1 三維折疊型超寬帶定向輻射天線結(jié)構(gòu)圖及實(shí)物圖[10]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4.4 的 FR-4 基板上。如圖 1-4 所示，該天線工作帶寬為 50%（0.66-1.1 GHz），天線的縱向剖面尺寸為 89 mm，為最低頻率對應(yīng)波長的 0.21 倍。

【參考文獻(xiàn)】

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1 歐陽偉忠;周永剛;李博南;謝倩倩;;一種高增益Vivaldi超寬帶天線[J];電子科技;2015年08期

2 易克初;李怡;孫晨華;南春國;;衛(wèi)星通信的近期發(fā)展與前景展望[J];通信學(xué)報(bào);2015年06期

3 方箭;王坦;黃標(biāo);;高頻段寬帶無線通信前瞻[J];電信科學(xué);2014年03期

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本文編號：2834421