本文關鍵詞：多頻樹形微帶天線的設計與研究

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【摘要】：伴隨著多種通信技術的不斷完善,工藝技能的逐步嫻熟,移動通信終端向著美觀,超薄,多功能,智能化方向發(fā)展。天線作為信號轉換的關鍵器件,也隨著終端的發(fā)展而發(fā)展,天線的內置化,小型化,多頻化已成為必然趨勢。微帶天線具有剖面低,易共形,體積小,重量輕等特點。本文在基于天線輻射及設計理論的基礎上,設計了可以同時在多個頻段內工作的樹形微帶天線,利用高頻電磁仿真軟件(HFSS)和矢量網絡分析儀從理論和實驗上研究了樹形微帶天線的工作特性。主要工作如下:首先概括了微帶天線的理論知識,包括微帶天線的輻射機理、饋電方式以及輻射場的計算方法;介紹了HFSS在樹形天線分析中的仿真方法及技巧;總結了天線小型化、多頻化技術的多種實現手段,分析了各種技術的優(yōu)缺點。其次,基于天線輻射及設計理論,設計了多頻樹形微帶天線。研究了結構微調,枝節(jié)改動對天線工作參數的影響,在天線接地板上引入微波光子晶體結構,研究了光子晶體結構參數對天線表面波,增益和方向性系數的影響。本文設計了一款多頻樹形天線,在此基礎上,通過改變枝節(jié)的長度和形狀,當彎折天線的E1枝節(jié),使之與R2枝節(jié)相連,天線的阻抗帶寬增加了,可以覆蓋2G和3G系統的工作頻段。在天線諧振頻率處,回波損耗均不同程度的減小,諧振在2G的頻點還向左移動了100M左右,使天線的阻抗帶寬有所增大,所以可工作的頻率增加了2G系統DCS1800的部分頻段。本文進一步介紹引入微波光子晶體后,天線性能受到的影響,主要分析了其對S11和增益的改變。在接地板上腐蝕出r0=1.2mm,d=2.2mm的周期性圓孔,并分析了EBG結構參數對天線特性的影響,在1.8GHz處,增益增加了1.062dB,1.9GHz處的增益量為1.153dB,增加了70.82%,2GHz處的增長率為81.58%,從2.4GHz到2.7GHz,天線的增益增加量都超過1dB,在WLAN的高頻段,天線的增益也有不同程度的增加。其中2.6GHz時,天線的增益增加量最大,達到了105%。最后,利用電路板設計軟件Altium Designer進行天線實物的設計,并制作了天線實物。利用矢量網絡分析儀在微波暗室中測試了天線的方向圖、增益、回撥損耗等特性參數。測試結果與仿真結果的對比顯示,兩者在整體趨勢上吻合較好,在誤差允許范圍內存在一定差異的地方,文中也給出了相應的分析和解釋。最終,經優(yōu)化后的天線尺寸減小一半,性能獲得提升,使所設計天線具有小型化及多頻特點,阻抗帶寬可以完全覆蓋第二代(2G),第三代(3G),第四代(4G),無線局域網(WLAN)和全球微波互聯接入(WiMAX)通信系統的工作頻帶,可應用于4G移動通信終端上。
【關鍵詞】：微帶天線 多頻化 小型化 移動終端
【學位授予單位】：云南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN822
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題研究背景及意義10-12
• 1.1.1 天線的概念10-11
• 1.1.2 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內外研究現狀12-13
• 1.3 移動通信網簡介13-17
• 1.3.1 發(fā)展歷程13-15
• 1.3.2 手機天線發(fā)展趨勢15-17
• 1.4 高頻仿真軟件HFSS的介紹17-19
• 1.4.1 Ansoft HFSS軟件介紹17
• 1.4.2 Ansoft HFSS天線設計流程17-19
• 1.5 論文結構安排19-21
• 第2章 微帶天線設計理論21-35
• 2.1 微帶天線簡介21-22
• 2.2 微帶天線分類22-23
• 2.3 微帶天線的輻射機理及計算23-29
• 2.3.1 輻射機理23-24
• 2.3.2 微帶天線饋電方式24-26
• 2.3.3 微帶天線的輻射場計算26-29
• 2.4 微帶天線小型化多頻技術介紹29-33
• 2.4.1 微帶天線的小型化技術29-31
• 2.4.2 微帶天線的多頻化技術31-33
• 2.5 本章小結33-35
• 第3章 多頻樹形微帶天線設計與性能分析35-49
• 3.1 微帶天線的特性參數35-40
• 3.1.1 方向圖35-37
• 3.1.2 方向性系數37-38
• 3.1.3 增益38
• 3.1.4 天線的頻帶寬度38-39
• 3.1.5 電壓駐波比、回波損耗、反射系數39
• 3.1.6 天線的極化39-40
• 3.2 用于 4G終端和WLAN多頻段樹形天線的設計40-45
• 3.2.1 天線的結構設計40-41
• 3.2.2 樹形天線的S11與VSWR分析41-42
• 3.2.3 枝節(jié)長度對天線S11影響42-44
• 3.2.4 天線的EH面方向圖與三維增益圖分析44-45
• 3.3 用于 2G3G4G終端和WLAN的多頻樹形天線設計45-48
• 3.3.1 天線的結構設計45-46
• 3.3.2 天線的S11分析46
• 3.3.3 枝節(jié)長度對天線S11的影響46-47
• 3.3.4 天線的平面方向圖和三維方向圖分析47-48
• 3.4 本章小結48-49
• 第4章 利用微波光子晶體提升多頻樹形天線性能的設計效果49-69
• 4.1 微波光子晶體概述49-51
• 4.2 微波光子晶體多頻微帶天線的設計51-52
• 4.3 微波光子晶體對多頻樹形微帶天線的影響52-57
• 4.3.1 微波光子晶體對天線S11的影響52-54
• 4.3.2 微波光子晶體對天線增益的影響54-55
• 4.3.3 微波光子晶體的圓孔半徑對天線的影響55
• 4.3.4 微波光子晶體圓孔間距對天線的影響55-56
• 4.3.5 引入微波晶體后天線枝節(jié)對天線S11的影響56-57
• 4.4 用于 4G終端和WLAN的小型化微波光子晶體微帶天線設計57-58
• 4.5 微波光子晶體多頻微帶天線的加工58-61
• 4.6 天線的仿真與測試結果對比分析61-68
• 4.6.1 測試工具的介紹61-63
• 4.6.2 回波損耗S11仿真結果與實驗結果對比63-64
• 4.6.3 增益仿真結果與實驗結果對比64
• 4.6.4 天線輻射效率的測試64-66
• 4.6.5 天線方向性系數的測試66-67
• 4.6.6 方向圖仿真結果與實驗結果對比67-68
• 4.7 本章小結68-69
• 第5章 結束語69-71
• 5.1 全文總結69-70
• 5.2 研究工作展望70-71
• 參考文獻71-75
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文75-76
• 致謝76

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