折叠式新型宽带微带天线的工程设计

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1、绪论介质板颂1．论立圈121微带犬线结构微带辐劓器的概念首先是德尚(GADeschamps)”牲1953年提出的，微带天线主要通过边缘场进行辐射，图12．2所示为矩形微带天线的边缘场。通过微带线或同轴线等馈电方式，微带天线的金属贴片与接地板间激励起电磁场，并通过贴片四周与接地板问的缝隙向外辐射电磁能量，图12．3表示了一个同轴馈电的微带天线。从1953年微带天线概念诞生到1972年实际的微带天线研制成功之后，随着理论的逐渐完善、模型的准确性提高咀及介质板光刻腐蚀技术的发展，微带天线技术在最近20多年得到了广泛的研究和发展，已经形成了独立的理论体系，涌现出各种形

2、式的微带天线，并在无线领域发挥了重大的作用。如：手机、WLAN、蓝牙等无线通讯、智能交通、卫星通讯、卫星导航、多普勒及其它雷达、无线指挥和控制系统、导弹遥测、武器信管、便携装置、环境监测仪表和遥感、复杂天线的馈电单元等领域都已经广泛应用到了微带天线。图12．2矩形微带天线边缘场硕士论文折叠式新型宽带微带天线的工程设计图1．2．3同轴馈电的微带天线作为天线工程中自70年发展起来的最新技术，微带天线大有逐渐替代大部分常规天线的趋势。目前微带天线的研究主要集中在以下几个方面：1．带宽拓展、提高增益、小型化设计。这些都属于传统研究热点，研究方法、内容、成果都已近成熟。

3、实现的方法可以通过改变介质物理性质，贴片形状，甚至和其它器件相集成等途径。2．近年来的国际新兴热点技术：多频带天线。用于多频带工作的通讯系统要求可多频带工作的微带天线，具体实现方法有双模设计、双缝设计、加载电抗、多贴片、多层结构等。分形天线。柯亨等人已经证明，最有效的宽频天线，其形状必须具有自相似性，也就是属于分形，而且所占空间最为紧密。融合PBG等新型技术的微带天线。研究表明，在微带天线设计中采用PBG，DGS，CMRC等新型结构可以有效抑制高介电常数厚基板带来的表面波，改善天线效率和方向图前后比，同时也可提高天线带宽。与一般的微波天线相比，微带天线具有很多

4、优点，如造价低、重量轻、加工简单、安装方便，并且与集成电路相兼容等。但是，它也有一些缺点，如频带窄、极化纯度差、寄生馈电辐射大、功率容量有限等不足。为了克服这些缺点，而且满足系统对天线愈来愈苛刻的要求，微带天线研究者做了大量的研究工作。例如，利用特殊技术可使带宽提高到65％以上【J色通过阵列结构可以克服较低增益和较低功率容量等局限性；与表面波有关的局限性，如低效率、互耦增大、增益降低及辐射方向图性能降低，可通过采用光子带隙结构加以克服[81。为此本文主要针对微带天线带宽窄的缺点，提出了一些方案，希望借此改善其带宽特性。31绪论硕士论文1．3微带天线带宽改进方式

5、通常，天线频带定义为天线输入端的电压驻波系数值小于某一给定值所对应的频率范围‘91。一般来说，微带天线可以分为三大类，分别为微带贴片天线、微带缝天线以及微带行波天线，表1．1为三者线极化时的频带对比。天线类型微带贴片天线微带缝天线微带行波天线频带宽度(％)O．6．31(窄缝)-10(宽缝)几．几十表1．1三类微带天线频带对比由此可见，微带贴片天线的带宽是最窄的，这是其高Q谐振本性所决定的，因为储存在天线结构中的能量要比辐射以及其他耗散能量要大得多。因此，展宽频带的方法可以从降低总的Q值以及用附加的匹配措施来实现【l01。1．4本课题的主要工作本文针对微带天线带

6、宽较窄的特性，提出了一些新的结构来改善其带宽。下面简要总结一下本文的主要工作：1．栅栏接地板宽带电容耦合天线本文提出一种新型的电容耦合天线，并采用栅栏形接地板结构以改善带宽。天线工作频率为3GHz，电容耦合天线的．10dB带宽为47．8％，蝶形方向图的增益为3．8dBi。加栅栏结构后天线的带宽为76．8％，带宽增]JN60．6％，天线增益为4．64dBi。2．具有蛇形线结构的宽带PIFA设计蛇形线可以应用到很多器件的设计当中，比如滤波器，耦合器等等。它可以大大减小器件的尺寸。本文将其应用到PIFA中，使得PIFA的带宽有明显的改进，达到50％左右，并且其结构紧

7、凑，尺寸较小。3．差分馈电的宽带PIFA设计差分馈电结果其实是一个具有180度相差的反相功分器。与一般的馈电相比，它可以很好的改善天线的交叉极化水平。本文首次将差分馈电应用到PIFA的设计中，使得PIFA的带宽达到90％以上，频率覆盖UWB的工作范围。另外，两个端口的隔离度也较好，极大地改进了PIFA的特性。4硕士论文折叠式新型宽带微带天线的工程设计2栅栏接地板宽带电容耦合天线为了给现代无线通信系统提供精确以及有效的传输信息，需要高精度水平的传输装置。如第二代以及第三代移动通信技术，宽带因特网卫星接入技术，无线局域网，蓝牙系统，ZigBee，WiMax，WiF

8、i等等。因此，在无线通信系统中对各个原