小型化超寬帶多陷波天線及UWB-MIMO天線設(shè)計與研究.pdf

1、超寬帶(UWB)技術(shù)是未來無線通信備選技術(shù)之一，隨著科技不斷進(jìn)步，UWB技術(shù)能解決長期以來一直困擾著傳統(tǒng)通信領(lǐng)域的諸多問題，受到了國內(nèi)外專家學(xué)者廣泛關(guān)注。超寬帶天線作為超寬帶系統(tǒng)的重要部件，其性能的優(yōu)劣對整個系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。超寬帶天線的主要性能指標(biāo)包括超寬帶阻抗帶寬、良好的全向輻射特性和穩(wěn)定的增益，同時要求天線具有穩(wěn)定的相位中心、小型化、高效率。為了避免與現(xiàn)有的傳統(tǒng)窄帶通信系統(tǒng)間產(chǎn)生相互干擾，要求超寬帶天線具有陷波功能。

2、　　本論文針對目前國內(nèi)外對超寬帶天線研究中存在的問題，設(shè)計了三種類型多款小型化超寬帶天線，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　首先設(shè)計了基于共面波導(dǎo)饋電的可調(diào)諧元寶形多邊縫隙超寬帶天線，天線尺寸僅為27 mm×25 mm。為了縮小天線尺寸，采用多邊形縫隙結(jié)構(gòu)。為了拓展帶寬在原始參考梯形饋源基礎(chǔ)上逐步修正為元寶形饋源，經(jīng)過優(yōu)化，可實現(xiàn)阻抗帶寬2.6 GHz-11.5 GHz，且具有良好全向輻射特性;同時，分別采用“面對面”和“邊對邊”模型

3、對天線進(jìn)行時域特性分析，實驗結(jié)果表明兩種方式的群時延均小于3ns;隨后，通過在元寶饋源開C形槽線和在多邊縫隙內(nèi)側(cè)邊緣加載寄生枝節(jié)實現(xiàn)了5 GHz-5.85 GHz無線局域網(wǎng)WLAN全部頻段及8 GHz-8.5 GHz地球探測衛(wèi)星服務(wù)EESS頻段的雙陷波功能;最后通過表面電流分析了諧波結(jié)構(gòu)在天線中所起的作用，給出了等效傳輸線模型。
　　隨后設(shè)計了基于微帶線饋電的多層嵌套內(nèi)外鏤空環(huán)單極子超寬帶天線，天線尺寸為28 mm×30 mm。采

4、用正方形輻射貼片時，該天線阻抗帶寬為3.6 GHz-9.9GHz。為了拓展帶寬，在上述天線輻射貼片中挖去圓形以增加電流長度，同時以該結(jié)構(gòu)為原型向內(nèi)遞歸形成自相似的系列子元，并使地板逐層退化成為階梯形;該結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超寬帶天線覆蓋帶寬3.1 GHz-13.9 GHz，同時由仿真結(jié)果可以看出該天線的E面呈飽滿的“8”字型，H面呈完美的圓形，證實了該天線具有良好的全向輻射特性;通過加載電磁帶隙(EBG)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了6.8 GHz-7.9 GHz的

5、阻帶特性，適用于屏蔽了X波段的衛(wèi)星通信，但加載的EBG結(jié)構(gòu)相比于小型化的天線結(jié)構(gòu)尺寸過大，因此會激發(fā)出額外的諧振頻點影響阻抗帶寬及陷波的精準(zhǔn)度，該陷波方法不太適合結(jié)構(gòu)緊湊的超寬帶天線;通過混合多種方法，包括:開槽、添加匹配枝節(jié)及加載SIR諧振器，實現(xiàn)2.75 GHz-3.55 GHz、3.75 GHz-4.27GHz及7.18 GHz-8.35 GHz三個頻段的阻帶特性，分別覆蓋了WiMAX、C波段衛(wèi)星通信、X波段衛(wèi)星通信和地球探測衛(wèi)星

6、服務(wù)四個窄帶通信系統(tǒng)。
　　最后，設(shè)計了一款具有高隔離度的小型化UWB-MIMO天線。首先設(shè)計了六邊形單極子超寬帶天線單元，該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸較小的優(yōu)點，非常適合作為MIMO天線的單元結(jié)構(gòu);在此基礎(chǔ)上，通過將設(shè)計好的天線單元邊對邊放置組成了UWB-MIMO天線。為了增加隔離度，在地板中線加載十字枝節(jié)，并指出了十字枝節(jié)較簡單矩形枝節(jié)具有更好的調(diào)節(jié)作用;通過進(jìn)一步優(yōu)化，最終得到了尺寸僅為32 mm×32 mm，阻抗帶寬為2.6