【摘 要】
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随着现代无线通信数据业务的急剧增加,无线通信系统对宽频带天线的需求不断提高,而多种通信系统并存的局面往往要求天线能够同时覆盖多个通信频段范围。此外,低剖面天线可以有效的减小基站天线的体积和占用空间,具有重量轻、成本低等特性。近年来,宽带低剖面天线引起了广泛的关注和研究。2014年,新加坡国立大学的Z.N.Chen教授提出了一种新型宽频带低剖面天线,这种天线基于周期性结构,采用缝隙耦合激励,实现了0
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随着现代无线通信数据业务的急剧增加,无线通信系统对宽频带天线的需求不断提高,而多种通信系统并存的局面往往要求天线能够同时覆盖多个通信频段范围。此外,低剖面天线可以有效的减小基站天线的体积和占用空间,具有重量轻、成本低等特性。近年来,宽带低剖面天线引起了广泛的关注和研究。2014年,新加坡国立大学的Z.N.Chen教授提出了一种新型宽频带低剖面天线,这种天线基于周期性结构,采用缝隙耦合激励,实现了0.06λ0的剖面高度和25%的阻抗带宽。为了进一步扩展带宽,2017年,Z.N.Chen教授提出了一种由菱形开槽贴片构成的宽频带低剖面超表面天线,其剖面高度为0.07λ0,相对带宽为31%。虽然这种天线实现了良好的低剖面和辐射特性,但是其工作带宽仍然较窄,无法满足无线通信系统的宽频带要求。因此,研究具有宽频带、低剖面特性的天线具有非常重要的意义。本文基于微带天线理论,将周期性结构与微带天线相结合,设计了两款基于周期性结构的宽频带低剖面微带天线。所设计的天线不仅可以同时满足低剖面和宽频带的特性,还具有结构简单、成本低等优点。本文的主要工作如下:(1)提出了一种基于区域口面的多模式宽带低剖面微带天线。该天线辐射结构由20个周期性排列的正方形贴片构成,采用差分馈电和非对称的缝隙耦合结构,激励起多个谐振模式,有效扩展了微带天线的阻抗带宽。测试结果表明,|S11|小于-10 dB的阻抗带宽为2.94~5.3 GHz,相对带宽为57.3%,天线的平均增益为5.26 dBi,剖面高度为0.044λ(λ0为4 GHz在自由空间的波长),同时具有良好的辐射性能。(2)提出了一种具有高隔离度的双极化宽带低剖面微带天线。该天线的主体辐射结构由16个正方形贴片和8个矩形贴片组成,呈中心对称分布。两个端口采用独立的双孔径缝隙耦合馈电结构,有效避免了两端口馈线的交叉,提高了端口间的隔离度。仿真结果表明,|S11|和|S22|小于-10 dB的阻抗带宽完全覆盖3~5 GHz,相对带宽大于50%,整个频带内的端口隔离大于38 dB,获得的峰值增益为10 dBi,天线总高度为0.046 λ0。
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