宽带磁电偶极子滤波天线研究与设计

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随着无线通信技术的迅猛发展,天线作为射频前端的关键器件,逐渐朝着多功能、高性能的方向发展。磁电偶极子天线作为一种互补天线,具有宽工作频段、对称的辐射方向图、低后瓣电平和低交叉极化电平等特点,非常适宜用作移动通信系统的基站天线。然而,已报道的磁电偶极子天线设计大多将天线作为一个单一功能器件,仅对天线自身性能优化,如果可以将滤波功能集成到磁电偶极子天线中,实现一种宽带磁电偶极子滤波天线,将更能有效地应对电磁波频谱资源紧张的问题,且避免了传统无线通信系统中天线和滤波器的级联损耗。本论文在不增加额外滤波器的前提下实现磁电偶极子天线和滤波电路的一体化设计,并进一步拓展天线带宽,提升无线通信系统的性能。本文的主要工作和成果如下:1.对磁电偶极子天线以及滤波天线的相关研究背景及现状进行了总结,明确了本文的研究方向及意义;并介绍了本文所涉及的相关理论基础,主要包括天线设计的相关性能指标以及磁电偶极子天线的工作原理,为本文的研究提供理论基础。2.针对传统磁电偶极子天线在带外高频处存在谐波的问题,提出了一种具有谐波抑制功能的宽带磁电偶极子滤波天线。首先,通过在传统磁电偶极子天线的Γ型馈线上引入一段水平的并联枝节来优化阻抗匹配,获得了79.3%的阻抗带宽;其次,在Γ型馈线上加载λ/4开路枝节,能够在带外高频处引入一个辐射零点,实现谐波抑制;接着对水平和垂直短路贴片上进行开槽处理,进一步提高谐波抑制水平;最终该天线实现了在三倍频范围内优于11 d B的带外抑制性能。3.提出了一种基于C型槽的双极化宽带磁电偶极子滤波天线。首先采用梯形水平贴片代替传统磁电偶极子的方形水平贴片,拓展了阻抗带宽;其次利用一对正交放置的Γ型馈线实现双极化馈电方式,并对两个馈线的水平部分进行弯折处理来提高端口隔离度;然后引入金属反射腔来提高天线的增益;接着,通过在水平贴片上加载C型槽,可以在上边带引入一个辐射零点,并结合天线自身馈电结构在下边带处产生辐射零点,最终该天线在两个正交的极化方向上均具有带通滤波响应及高选择性。
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