本文關(guān)鍵詞：小型超寬帶天線設(shè)計(jì)及其時域特性分析

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【摘要】：超寬帶技術(shù)(UWB)利用其極寬的工作帶寬,可以實(shí)現(xiàn)高速率無載波的數(shù)據(jù)傳輸。其超低的發(fā)射功率和對多徑效應(yīng)的不敏感使其更方便的應(yīng)用于室內(nèi)近距離的無線通信。多輸入多輸出技術(shù)(Multi-input Multi-output,MIMO)可以在不犧牲額外頻譜資源和總發(fā)射功率的基礎(chǔ)上成倍地提高通信系統(tǒng)的信道容量,同時也具有提高信道可靠性,抵抗多徑衰落和降低誤碼率等優(yōu)點(diǎn)。很長時間以來超寬帶技術(shù)和MIMO技術(shù)一直都以各自的方式為未來無線通信提供新的解決方案。但隨著無線通信業(yè)務(wù)的發(fā)展,尤其是室內(nèi)近距離通信的急劇增長,相信在不遠(yuǎn)的將來對近距離無線通信的速度要求將會達(dá)到Gb/s的量級。為了應(yīng)對未來高速無線通信的需求,有人提出了把超寬帶技術(shù)和多天線技術(shù)相結(jié)合的新方法。通過充分利用超寬帶技術(shù)的極寬帶寬和MIMO技術(shù)的空間復(fù)用能力,使通信速度可以達(dá)到Gb/s的量級。本文結(jié)合研究課題,圍繞超寬帶天線及其陷波和多天線技術(shù),以及超寬帶天線的時域特性分析展開了研究工作,作者主要的研究內(nèi)容包括以下幾個方面：1.設(shè)計(jì)了多款結(jié)構(gòu)緊湊的超寬帶天線,包括窄地板結(jié)構(gòu)的半月形超寬帶天線、共面波導(dǎo)饋電的扇形超寬帶天線、準(zhǔn)自互補(bǔ)型的超寬帶天線；對工作機(jī)理進(jìn)行了分析,并給出了天線的阻抗帶寬、增益、方向圖、效率、群時延等參數(shù)。通過仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比可知,文中給出的超寬帶天線都具有良好的工作性能,可以很好的滿足未來無線通信對超寬帶天線的各種需求。2.以三種地板結(jié)構(gòu)的半圓形單極子超寬帶天線和兩種形式的類偶極子超寬帶天線為基礎(chǔ),研究了天線地板結(jié)構(gòu)和輻射貼片形式對超寬帶天線脈沖波形保真性能的影響。通過在天線六個基本方向上設(shè)置虛擬探針,分析天線在不同方向上的信號傳播特性,包括信號的時域波形、能量譜、保真度等。通過接收信號與原始激勵信號的對比可知,盡管天線的輻射貼片形式有所不同,但切角地板結(jié)構(gòu)形式的超寬帶天線具有比其他兩種天線形式更加優(yōu)良的時域波形保真度的性能。3.提出了緊湊型超寬帶天線陷波技術(shù)的多種實(shí)現(xiàn)形式,包括加載于輻射貼片上的Ω型彎折縫隙、加載于地板縫隙之上的雙倒L枝節(jié)、加載于貼片縫隙上的倒T型枝節(jié)、具有四分之一波長工作特性的單端開路的平行雙線結(jié)構(gòu)；Q型彎折縫隙的陷波主要通過調(diào)節(jié)其與輻射貼片的邊緣距離和自身長度實(shí)現(xiàn)；雙倒L枝節(jié)的陷波特性主要通過調(diào)節(jié)其自身長度和自身與地板的距離來實(shí)現(xiàn),而其在圓弧上的位置并不會對其陷波特性造成明顯的影響；T型結(jié)通過形成末端開路諧振來實(shí)現(xiàn)陷波,但由于其需要占用一定的空間,所以該方法的應(yīng)用對輻射貼片的整體面積有一定的要求；單端開路的平行雙線結(jié)構(gòu)在地板和輻射貼片之間建立一個短路通路,然后根據(jù)陷波頻段的要求調(diào)節(jié)另一條末端開路線的電長度就可以實(shí)現(xiàn)在所需頻段的陷波。4.以電小天線為基礎(chǔ),提出了具有緊湊結(jié)構(gòu)的超寬帶MIMO天線的兩種新的實(shí)現(xiàn)形式。首先,提出了一種基于彎折單極子的超寬帶MIMO天線,其極寬帶寬的實(shí)現(xiàn)來自于彎折單極子與短路倒L寄生枝節(jié)間的容性耦合效應(yīng),且同時實(shí)現(xiàn)了天線單元間的高隔離；考慮到其實(shí)際的應(yīng)用場景,對天線在靠近人頭情況下的工作狀態(tài)進(jìn)行了分析和討論。其次,提出了一種具有雙陷波特性的超寬帶MIMO天線,其加載的T型地板枝節(jié)實(shí)現(xiàn)了其在超寬頻帶上的去耦；并結(jié)合目前對超寬帶通信中對陷波特性的需求,設(shè)計(jì)了具有雙陷波特性的超寬帶MIMO天線。5.根據(jù)準(zhǔn)自互補(bǔ)天線單元自身的輻射特性,提出了一種緊湊的基于準(zhǔn)自互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的兩單元超寬帶MIMO天線,并對其分集性能、群時延和靠近人頭的工作狀態(tài)進(jìn)行了分析和討論；通過比較可以看出,基于準(zhǔn)自互補(bǔ)天線的超寬帶MIMO天線具有天然的高隔離度,能夠很好的滿足未來無線通信對超寬帶覆蓋和分集性能的雙重需求；最后,根據(jù)準(zhǔn)自互補(bǔ)天線的工作特性進(jìn)一步提出了四單元并行排列和四單元逆時針排列的兩種四單元的超寬帶MIMO天線,并對它們的工作性能進(jìn)行了仿真和分析。
【關(guān)鍵詞】：超寬帶天線 陷波技術(shù) 多徑效應(yīng) 多輸入多輸出 準(zhǔn)自互補(bǔ)天線
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN822.8
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 符號對照表16-17
• 縮略語對照表17-21
• 第一章 緒論21-49
• 1.1 選題緣由和意義21-26
• 1.1.1 超寬帶(UWB)天線的研究進(jìn)展23-24
• 1.1.2 多天線(MA)技術(shù)的研究進(jìn)展24-25
• 1.1.3 UWB-MIMO天線的研究進(jìn)展25-26
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析26-45
• 1.2.1 國外學(xué)者的研究27-37
• 1.2.2 國內(nèi)學(xué)者的研究37-44
• 1.2.3 存在的主要問題44-45
• 1.3 論文的主要研究思路和研究方法45-49
• 1.3.1 研究思路45-46
• 1.3.2 研究方法46-49
• 第二章 基本理論概述49-63
• 2.1 引言49-50
• 2.2 超寬帶天線的分類與設(shè)計(jì)原則50-52
• 2.2.1 超寬帶天線的分類50-51
• 2.2.2 超寬帶天線的設(shè)計(jì)原則51-52
• 2.3 超寬帶(UWB)技術(shù)及其天線性能評估52-56
• 2.4 多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)及其天線性能評估56-60
• 2.6 小結(jié)60-63
• 第三章 緊湊型超寬帶天線設(shè)計(jì)與時域特性分析63-89
• 3.1 引言63-64
• 3.2 半月形超寬帶天線設(shè)計(jì)64-68
• 3.2.1 半月形超寬帶天線的結(jié)構(gòu)64
• 3.2.2 R_1對半月形超寬帶天線匹配的影響64-65
• 3.2.3 天線的測試結(jié)果與分析65-68
• 3.3 共面波導(dǎo)饋電的扇形超寬帶天線設(shè)計(jì)68-72
• 3.3.1 共面波導(dǎo)饋電的扇形超寬帶天線結(jié)構(gòu)68-69
• 3.3.2 實(shí)物加工與測試69-72
• 3.4 準(zhǔn)自互補(bǔ)超寬帶天線設(shè)計(jì)72-76
• 3.4.1 準(zhǔn)自互補(bǔ)天線的結(jié)構(gòu)72
• 3.4.2 各關(guān)鍵尺寸對天線的影響72-73
• 3.4.3 實(shí)物加工與測試73-76
• 3.5 半圓形超寬帶單極子天線的時域特性研究76-83
• 3.5.1 半圓形單極子天線結(jié)構(gòu)76-77
• 3.5.2 三種超寬帶天線的時域特性研究77-81
• 3.5.3 天線的實(shí)物加工和測試81-83
• 3.6 類偶極子超寬帶天線的時域特性研究83-88
• 3.6.1 類偶極子超寬帶天線結(jié)構(gòu)83-84
• 3.6.2 兩種天線的時域特性分析84-86
• 3.6.3 天線的加工與測試86-88
• 3.7 小結(jié)88-89
• 第四章 基于新型結(jié)構(gòu)加載的緊湊型超寬帶陷波天線設(shè)計(jì)89-107
• 4.1 引言89
• 4.2 Ω型縫隙加載的雙陷波天線設(shè)計(jì)89-93
• 4.2.1 天線的設(shè)計(jì)與討論90-91
• 4.2.2 實(shí)物加工與測試91-93
• 4.3 加載倒L型枝節(jié)的雙陷波超寬帶天線設(shè)計(jì)93-99
• 4.3.1 天線的結(jié)構(gòu)94
• 4.3.2 天線設(shè)計(jì)過程的討論與分析94-97
• 4.3.3 實(shí)測結(jié)果與分析97-99
• 4.4 基于T型和平行雙線加載的雙陷波天線設(shè)計(jì)99-105
• 4.4.1 天線的結(jié)構(gòu)100
• 4.4.2 天線關(guān)鍵參數(shù)的討論與分析100-104
• 4.4.3 實(shí)測結(jié)果與分析104-105
• 4.5 小結(jié)105-107
• 第五章 緊湊型UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)與分析107-135
• 5.1 引言107-108
• 5.2 基于彎折單極子的緊湊型UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)108-116
• 5.2.1 天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)108-110
• 5.2.2 天線加工與測試結(jié)果110-113
• 5.2.3 緊湊型超寬帶MIMO天線+人頭的仿真分析113-116
• 5.3 雙陷波UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)116-120
• 5.3.1 天線的設(shè)計(jì)116-117
• 5.3.2 天線結(jié)構(gòu)、實(shí)物加工與測試117-120
• 5.4 基于準(zhǔn)自互補(bǔ)特性的UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)120-132
• 5.4.1 準(zhǔn)自互補(bǔ)天線的基本特點(diǎn)121
• 5.4.2 兩單元的UWB-MIMO天線121-128
• 5.4.3 四單元并行排列的UWB-MIMO天線128-130
• 5.4.4 四單元逆時針排列的UWB-MIMO天線130-132
• 5.6 小結(jié)132-135
• 第六章 結(jié)論和展望135-137
• 6.1 研究結(jié)論135-136
• 6.2 研究展望136-137
• 參考文獻(xiàn)137-151
• 致謝151-153
• 作者簡介153-154

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