天線是當(dāng)今通訊領(lǐng)域的重要一環(huán)設(shè)計(jì)。2020年作為5G通訊的發(fā)展元年,萬物互聯(lián)的時(shí)代也將隨之開啟,天線的多功能多樣化的需求也日益強(qiáng)烈,在通信技術(shù)日新月異的時(shí)代背景下本文提出了“一線多用”的多結(jié)構(gòu)天線設(shè)計(jì)方案,即一個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多個(gè)天線的功能設(shè)計(jì)。在日趨多樣化的天線設(shè)計(jì)的今天,天線的發(fā)展面臨越來越多的挑戰(zhàn),以當(dāng)前天線的方向性探索為例,不僅需要全向性多方位的接收天線,更加需要定向的超增益的天線設(shè)計(jì)。根據(jù)基本的電磁理論,天線的帶寬、增益、全向性在大多數(shù)時(shí)候是不可調(diào)和的設(shè)計(jì)參數(shù),優(yōu)化一種往往需要犧牲其他性能為代價(jià),本文意在找到一種可以同時(shí)提高天線的多項(xiàng)參數(shù)的方法,致力于全方位的提升天線的各項(xiàng)性能,這就意味著在天線設(shè)計(jì)中不僅需要運(yùn)用成熟的天線優(yōu)化技術(shù),更需要創(chuàng)新式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來滿足這一要求,本文在此基礎(chǔ)上提出了多結(jié)構(gòu)折疊式的天線設(shè)計(jì)方法。本文從單極子天線的設(shè)計(jì),Bowtie天線設(shè)計(jì),電磁邊界條件,電磁耦合等基礎(chǔ)理論出發(fā),設(shè)計(jì)了兩種基于折疊設(shè)計(jì)的不同特性的新型天線結(jié)構(gòu)。本文主要涉及的問題為改善傳統(tǒng)的單極子天線其帶寬相對較窄且增益相對較低的缺點(diǎn),改善傳統(tǒng)的Bowtie天線提高其輻射的方向性系數(shù)和增益,并且在... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1兩種常見折疊天線

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2一個(gè)天線發(fā)明已經(jīng)過去了半個(gè)世紀(jì)出頭，這類最早使用的天線正是拉桿單極子天線，如圖1-1所示，天線可以通過壓縮或者拉伸調(diào)節(jié)天線的接收頻率，也可以通過調(diào)整角度改變接收的方位角。電視直到上個(gè)世紀(jì)八九十年代才在我國廣泛普及，今年畢業(yè)的大多數(shù)90后想必都經(jīng)歷過和我一樣不斷的調(diào)節(jié)天線和拍打電視尋找信號的時(shí)刻，這就說明這類天線機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然簡單，但是天線的接收性能較差。在軍事領(lǐng)域，最早使用折疊式機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的當(dāng)屬移動車載通訊裝置[7]，特別在二戰(zhàn)時(shí)期，由于野戰(zhàn)的條件限制，在農(nóng)村和山區(qū)等通訊不便的地方對于便攜式的需求陡增，在當(dāng)時(shí)衛(wèi)星技術(shù)尚未得到運(yùn)用的背景下，米波天線憑借其優(yōu)良的避障能力得到了廣泛使用，但是天線的長度首先就制約了其移動能力，因而各類折疊式結(jié)構(gòu)的天線層出不窮。其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)大多數(shù)基于單極子的天線設(shè)計(jì)，各種折疊僅僅只是為了壓縮天線的運(yùn)輸長度，等到使用時(shí)將天線展開。雖然解決了天線的尺寸限制，但是使用時(shí)卻變得較為繁瑣。這兩類機(jī)械結(jié)構(gòu)的天線設(shè)計(jì)原理還是通過簡單地物理折疊實(shí)現(xiàn)天線的基本功能，特別對于第二類，在天線處于折疊狀態(tài)是不可使用的，這對于天線的設(shè)計(jì)而言將是一種浪費(fèi)。當(dāng)然也有通過折疊設(shè)計(jì)提高天線性能的折疊天線[8~9]設(shè)計(jì)。（a）（b）圖1-1兩種常見折疊天線。（a）電視天線；（b）車載米波雷達(dá)進(jìn)入到21世紀(jì)，特別是隨著智能手機(jī)時(shí)代的開啟，另外一類多結(jié)構(gòu)的天線設(shè)計(jì)得到了廣泛運(yùn)用，這就是重構(gòu)天線[10~12]。這類天線將兩類天線直接融合到一個(gè)天線之上，通過二極管，三極管等器件的開關(guān)調(diào)節(jié)天線各部分的電流的流通。這里以部分3G時(shí)代的智能手機(jī)的天線設(shè)計(jì)為例：手機(jī)的通訊模塊的工作頻率一般在800~900Mhz之間，而藍(lán)牙模塊的工作頻率在

第一章緒論3作在不同頻率。當(dāng)然也有不通過電子器件進(jìn)行頻率調(diào)換的，如圖1-2所示，部分手機(jī)天線直接將倒F天線與倒L天線融合在一個(gè)饋電點(diǎn)之上，當(dāng)天線工作在第一個(gè)頻段時(shí)，天線的其中一部分和端口由良好的匹配，而另外一部分的匹配很差，反之亦然。這類天線多為平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是天線本身的噪聲一般相對較大。（a）（b）圖1-2兩種多結(jié)構(gòu)的手機(jī)天線。（a）iPhone4s天線；（b）普通安卓手機(jī)天線我們知道，天線的結(jié)構(gòu)一旦確定，其物理特性基本已經(jīng)確定。在以往的天線設(shè)計(jì)中，如車載折疊天線，這類天線采用折疊式的結(jié)構(gòu)是為了方便運(yùn)輸，天線僅在展開之后才能工作，且天線特性單一。這類天線各項(xiàng)性能的優(yōu)化往往會顧此失彼，本文才用了一種巧妙的解決辦法，通過特定的機(jī)械折疊結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從平面雙錐天線到蝶形天線的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)一個(gè)天線擁有傳統(tǒng)多個(gè)天線才能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)。蝶形天線在如今通信技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用，蝶形天線最早是由雙錐天線，普通的雙錐天線為全向性天線設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)定向高增益?zhèn)鬏數(shù)哪康摹５翁炀�的種類較多，如有源加強(qiáng)型[13]，多層耦合型[14]，多級加載型[15]等等，文采取了一種折疊成一定角度并將原天線的地變?yōu)榉瓷浒宓脑O(shè)計(jì)方法解決這個(gè)問題。傳統(tǒng)的多結(jié)構(gòu)天線多為折疊收放式設(shè)計(jì)，如軍用的米波雷達(dá)[16]，為了便于運(yùn)輸使用，常用多段折疊設(shè)計(jì)，需要使用時(shí)展開使用，但是天線在折疊狀態(tài)下基本不能使用。本文采用的多結(jié)構(gòu)折疊式設(shè)計(jì)則完美的解決了這個(gè)問題，充分利用天線的折疊前后的結(jié)構(gòu)特性，使其在折疊前后具備兩類特性截然不同的天線特性。這將對于突破天線的應(yīng)用限制提供良好的契機(jī)。本文同時(shí)也嘗試了另外一種折疊天線設(shè)計(jì)，折疊前利用部分天線進(jìn)行電磁輻射，這類天線主要針對目前炙手可熱的5G頻段的天線的?


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