高性能端射天线的研究与带宽设计

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端射天线作为一类方向性极强的电磁信号收发装置,以其独特的定向特性提供了高性能的辐射模式。对比传统的全向辐射天线,端射天线波束定向性能优异且更容易获得高增益的辐射特性,因此在民用以及军用无线射频系统中,均获得了广泛的关注。论文主要围绕端射天线开展研究,并且对端射天线进行了设计,具体研究内容如下:(1)基于微带准八木天线设计的基本原理,提出了阶梯共面带状线与双偶极子结构的双频带准八木天线。设计中在共面带状线连接中采用了不同宽度的阶梯槽和两个偶极子,以提高天线阻抗匹配性能。此外,还在天线引向区域附加了一个寄生矩形辐射贴片来改善高频区域的阻抗匹配。仿真与实测结果基本吻合,该天线的实测最大增益可达到4.2d Bi,同时具有良好的阻抗特性,实测工作频段分别为2.91-3.85GHz和4.77-5.02GHz。(2)研究了具有渐变U形槽边和介质透镜的对映式渐变槽线天线。为了有效地实现小型化和高增益,设计中采用双U型槽单元来延长辐射孔径处两个金属面的表面电流分布,由于介质透镜的作用,天线在较高频率的辐射性能到有效改善,介质透镜的加载减小了H面波束的宽度,实现了对主瓣电平的改进,提高了天线的增益性能。天线实测增益范围为7.5-8.35d Bi,工作频段在7.85-11.8GHz。良好的方向性,对称的辐射模式和紧凑的结构,使该天线适合集成在X频段无线通信设备中。(3)设计了尺寸为43×72×0.762mm3的紧凑型宽带对映式渐变槽线天线阵列。该结构由四个天线单元组成,并由一分四Wilkinson功率分配器连接且馈电。为了减少阵列单元之间的相互耦合,在接地面上加载了缺陷地结构,使阵列阻抗带宽有效扩展到了7-11.2GHz,并且实测增益变化在整个工作频段内趋于平缓,最大增益可达到12.1d Bi,此外,对称的定向辐射模式和紧凑的结构,使其成为X频段无线通信设备的良好选择。
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