【摘要】：隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展,人們對無線電系統(tǒng)提出了越來越高的要求,其中,結(jié)構(gòu)的小型化以及功能的多樣化將是未來電子系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢。天線作為無線系統(tǒng)的最前端器件,其設(shè)計與系統(tǒng)的整體性能息息相關(guān),因此相關(guān)設(shè)計技術(shù)備受重視。在工程實踐中,隨著系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的不同,天線的設(shè)計也必須根據(jù)指標(biāo)及需求進行優(yōu)化,從而充分發(fā)揮系統(tǒng)的性能。論文分別針對微波乳腺癌檢測系統(tǒng)以及電磁干擾測試系統(tǒng)對于小型寬帶天線的需求,介紹了兩款寬帶定向高增益天線的設(shè)計以及優(yōu)化,包括一個由多層貼片組成的偶極子天線及一個由2×2元圓極化電磁偶極子天線組成的陣列。首先,針對微波乳腺癌檢測系統(tǒng)的應(yīng)用需求,論文設(shè)計了一款小型的由多層貼片組成的高增益定向天線應(yīng)用于檢測系統(tǒng)的傳感器中。天線由三層介質(zhì)板組成,其中,第一層為圓形金屬貼片,該金屬貼片通過一金屬的柱子與中間層的激勵貼片相連接;激勵貼片為一圓形的單極子,通過在單極子貼片上添加分形結(jié)構(gòu)拓展了天線的帶寬;第三層為環(huán)形寄生貼片,一方面該寄生貼片有助于提高天線的前向增益,另一方面可以增加天線的諧振點從而拓展天線的帶寬。天線的整體尺寸為38×13.5mm~2,實測天線的帶寬(S11-10dB)為3GHz-4.7GHz,帶寬內(nèi)最大增益達(dá)到8dBi。將天線應(yīng)用于微波乳腺癌檢測系統(tǒng)中,利用近似模型進行了大量的仿真以及病灶位置尋找實驗,最終驗證了天線設(shè)計的有效性。其次,針對電磁干擾測試系統(tǒng)需求,論文設(shè)計了一款2×2元圓極化寬帶電磁偶極子天線陣列。單元采用電磁偶極子結(jié)構(gòu),通過高精度的數(shù)控機床加工得到天線的結(jié)構(gòu)組件。天線的背面是饋電網(wǎng)絡(luò),采用了多級的威爾金森(Wilkinson)功分器來保證了天線的寬帶特性。天線安裝在一個圓形的平臺上,平臺上單元間設(shè)置了隔離板減小了單元的耦合,結(jié)合陣列周圍的金屬擋板有效的提高了天線在低頻段的輻射增益。天線仿真增益最高為14dBic,軸比帶寬(AR3dB)為1.0GHz-2.2GHz。實測,天線的阻抗帶寬為1.0GHz-2.0GHz。基本上滿足了某款電磁干擾測試系統(tǒng)對于測試天線的需求。最后,論文給出了全文的總結(jié),并對未來的相關(guān)研究進行了展望。
[Abstract]:With the rapid development of electronic technology, more and more people demand the radio system. The miniaturization of the structure and the diversification of the function will be the important development trend of the electronic system in the future. As the front-end device of wireless system, antenna design is closely related to the overall performance of the system. In engineering practice, with the difference of the system application environment, the antenna design must be optimized according to the targets and requirements, so as to give full play to the performance of the system. Aiming at the demand of microwave breast cancer detection system and electromagnetic interference testing system for small wideband antennas, this paper introduces the design and optimization of two wideband directional high gain antennas. It consists of a dipole antenna composed of a multilayer patch and an array of 2 脳 2 element circularly polarized electromagnetic dipole antennas. Firstly, according to the application requirement of the microwave breast cancer detection system, a small high gain directional antenna composed of multi-layer patch is designed and applied to the sensor of the detection system. The antenna is composed of three layers of dielectric plate, wherein, the first layer is a circular metal patch, which is connected with the excitation patch of the middle layer through a metal post; The exciting patch is a circular monopole, and the bandwidth of the antenna is expanded by adding fractal structure to the monopole patch. The third layer is a ring parasitic patch. On the one hand, the parasitic patch can improve the forward gain of the antenna, on the other hand, it can increase the resonance point of the antenna and expand the bandwidth of the antenna. The overall size of the antenna is 38 脳 13.5mmm2, the bandwidth (S11-10dB) of the measured antenna is 3GHz-4.7 GHz, and the maximum gain within the bandwidth is 8dBi. The antenna is applied to the microwave breast cancer detection system. A large number of simulations and experiments on finding the location of the focus are carried out by using the approximate model. Finally, the effectiveness of the antenna design is verified. Secondly, a 2 脳 2 element circularly polarized wideband electromagnetic dipole antenna array is designed to meet the requirement of electromagnetic interference measurement system. The unit adopts electromagnetic dipole structure, and the antenna structure component is obtained by high precision NC machine tool. A multistage Wilkinson (Wilkinson) power divider is used to guarantee the wideband characteristics of the antenna. The antenna is mounted on a circular platform on which the isolation plate is arranged between the elements to reduce the coupling of the elements and the metal baffle around the array can effectively improve the radiation gain of the antenna in the low frequency range. The maximum gain of antenna simulation is 14dBicand the axial ratio bandwidth (AR3dB) is 1.0GHz-2.2 GHz. The measured impedance bandwidth of the antenna is 1.0 GHz to 2.0 GHz. It basically meets the requirements of a certain electromagnetic interference testing system for testing antenna. Finally, the paper gives a summary of the full text and prospects for future research.
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN822

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本文編號：2337899