寬帶技術(shù)因其高傳輸速率,大容量,低功耗等眾多優(yōu)點(diǎn),將成為未來短距離通信發(fā)展的熱點(diǎn)。作為射頻前端元器件,寬帶天線受到了廣泛的關(guān)注和研究。本文基于開口縫隙結(jié)構(gòu),設(shè)計了多款諧振型寬帶天線,并研究了開口縫隙結(jié)構(gòu)與激勵模式的關(guān)系,為開口縫隙寬帶天線設(shè)計提供了有效途徑。論文的主要研究內(nèi)容如下:（1）通過減小已有開口縫隙天線設(shè)計的寬邊尺寸,提出了一款結(jié)構(gòu)緊湊、相對阻抗帶寬約40%的矩形開口縫隙天線。在此基礎(chǔ)上,通過增刻開口縫隙,進(jìn)一步展寬了天線帶寬,提出了相對帶寬約為65%的T形開口縫隙天線。兩款天線均通過改變單個諧振模式頻率,實(shí)現(xiàn)了天線阻抗帶寬在一定頻率范圍內(nèi)可調(diào),大幅地增加了寬帶天線在設(shè)計過程的靈活性。（2）提出了兩種開口縫隙結(jié)構(gòu)的模式激勵方法,在開口縫隙結(jié)構(gòu)中激勵了額外的兩個諧振模式,大幅地展寬了開口縫隙天線的阻抗帶寬。詳細(xì)的分析了開口縫隙結(jié)構(gòu)與模式激勵間對應(yīng)關(guān)系,為設(shè)計諧振型開口縫隙寬帶天線提供了有效方法。（3）提出了一款對稱開口縫隙天線以改善開口縫隙結(jié)構(gòu)的定向輻射特性。結(jié)合研究的模式激勵方法,對稱開口縫隙天線激勵出四個諧振模式,被設(shè)計工作在3.1-10.8GHz,覆蓋了FCC（Federa... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

幾款Lodge提出的寬帶偶極天線結(jié)構(gòu)圖[2]

1緒論3寬帶天線發(fā)展的第二個歷史階段被認(rèn)為是上世紀(jì)五十年代后至九十年代初，這個階段寬帶天線得到了蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)了一些了新的寬帶天線結(jié)構(gòu)，在通信和雷達(dá)探測的方面得到廣泛的應(yīng)用。其中著名的“頻率無關(guān)”天線就出自這個時期，1958年VictorH指出寬帶天線設(shè)計中的一大核心原則：只要天線的形狀僅僅是角度的函數(shù)，那么它的阻抗與方向圖特性都是與頻率無關(guān)的，這也是著名的“等角原理”[8]。這些天線的性能只受到外形尺寸大小的影響，其中對數(shù)周期天線（圖1-2(a)所示）、阿基米德螺旋天線（圖1-2(b)所示）和平面等角螺旋天線（圖1-2(c)所示）就是頻率無關(guān)天線的典型例子。(a)(b)(c)圖1-2（a）對數(shù)周期天線；（b）阿基米德螺旋天線；（c）平面等角螺旋天線Figure1-2(a)Log-periodicantenna;(b)Archimedeanspiralantenna;(c)PlanarEquiangularSpiralAntenna在此類天線結(jié)構(gòu)中，天線大的尺寸部分用來實(shí)現(xiàn)對低頻能量的輻射，而天線小尺寸部分則可以實(shí)現(xiàn)對高頻能量的輻射，這使得頻率無關(guān)天線容易獲得寬帶寬結(jié)果，和穩(wěn)定的方向增益特性。也正因為天線的這個特點(diǎn)，頻率無關(guān)天線的中心相位會隨著頻率變化，引起了其對信號的色散造成波形失真，使其不適用于現(xiàn)代的超寬帶通信系統(tǒng)。此外，該寬帶發(fā)展歷史階段還出現(xiàn)了一些其他經(jīng)典的天線設(shè)計，如1962年瑪利埃（Marie）提出的階躍漸變縫隙天線、斯托爾（Stohr）提出了球面單極子天線以及哈爾姆（Harmuth）提出了大電流輻射器天線，同樣都得到了廣泛的使用。寬帶天線發(fā)展的第三個歷史階段為二十世紀(jì)九十年代至今，伴隨著FCC放開了對民用超寬帶的限制，寬帶天線得到了快速發(fā)展。其中最熱門的當(dāng)屬微帶結(jié)構(gòu)天線的寬頻帶研究，微帶天線具有低剖面，結(jié)構(gòu)簡單，易于集成等多個優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代天線應(yīng)用中最為廣

為三類[10]：漸變結(jié)構(gòu)、寬帶諧振結(jié)構(gòu)和加載型結(jié)構(gòu)。在漸變結(jié)構(gòu)中，漸變開口槽天線是最主要的形式之一，漸變開口槽的槽線結(jié)構(gòu)是由傳輸線變化得來，通過在天線介質(zhì)基片上的金屬表面刻蝕漸變開槽線并對漸變槽的窄端饋電，使電磁波沿著漸變縫隙開槽方向遠(yuǎn)端輻射。漸變開槽天線根據(jù)槽線結(jié)構(gòu)可分為：線性漸變開槽天線[11]、Fermi曲線漸變開槽天線[12,13]和指數(shù)開槽漸變天線（Vivaldi）[14,15]。Vivaldi因其具有于頻率無關(guān)的特性，可實(shí)現(xiàn)很寬的天線帶寬，并且具有低副瓣和良好的增益特性，被廣泛的研究和使用，Vivaldi天線結(jié)構(gòu)如圖1-3(a)所示。之后，學(xué)者又提出了對跖Vivaldi天線[16-19]及平衡對跖Vivaldi天線[20]，通過改變微帶線到漸變槽的轉(zhuǎn)換饋電結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善了天線的阻抗匹配性能，展寬了天線的阻抗帶寬。對跖Vivaldi天線如圖1-3(b)所示。由于漸變結(jié)構(gòu)天線獲得寬阻抗帶寬的工作原理是通過漸變結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輸入阻抗（一般為50ohm）到自由空間阻抗的匹配（377ohm），漸變結(jié)構(gòu)天線通常需要較大尺寸來實(shí)現(xiàn)整個帶寬內(nèi)的阻抗匹配，這使得了漸變結(jié)構(gòu)天線無法順應(yīng)小型化天線的發(fā)展趨勢和與平面電路集成，使其應(yīng)用受到了限制。(a)(b)圖1-3（a）Vivaldi天線結(jié)構(gòu)圖；（b）對跖Vivaldi天線Figure1-3(a)Geometryofvivaldiantenna;(b)Antipodalvivaldiantenna另一種展寬微帶天線阻抗帶寬的方法是采用具有寬頻帶特性的諧振結(jié)構(gòu)，通過激勵并合并多個相近頻率的諧振模式，使天線可工作在超寬的頻率范圍。目前，寬頻帶諧振微帶天線因其具有緊湊的體積，較低的剖面和靈活的設(shè)計方法，已經(jīng)成為國際上超寬帶天線研究的主流方向[10]。寬頻帶諧振結(jié)構(gòu)天線中最常見的一種天線是平面印刷單極子天線，平面印刷單極子天線因其結(jié)構(gòu)簡單，體積緊湊和低廉的制作成本得到了廣泛?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微帶天線的寬頻帶饋電技術(shù)[J]. 鐘順時.  電子科學(xué)學(xué)刊. 1988(05)

博士論文
[1]小型多模寬帶基站天線研究[D]. 吳銳.華南理工大學(xué) 2018
[2]小型超寬帶天線技術(shù)研究[D]. 吳江牛.電子科技大學(xué) 2015
[3]車載探地雷達(dá)系統(tǒng)的開發(fā)及其應(yīng)用實(shí)驗研究[D]. 許獻(xiàn)磊.中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 2013
[4]平面超寬帶天線及其陣列研究[D]. 劉文堅.華南理工大學(xué) 2010
[5]超寬帶天線及其陣列研究[D]. 張金平.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007

碩士論文
[1]Vivaldi天線小型化的研究與設(shè)計[D]. 白紅燕.南京郵電大學(xué) 2017



本文編號：2950169