宽带印刷端射天线设计

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随着无线通信系统技术的逐渐提高,人们对天线结构和性能的要求也越来越严格。在雷达、隧道通信、导航和矿井探测等场合应用中,宽频带、高增益和方向性已经成为评判天线性能优劣的重要指标。端射天线与其他天线相比,具有增益高、方向性好的优点,用来测向和远距离通信效果好。常规的端射天线结构包括对数周期天线和八木天线。但传统的对数周期天线和八木天线由于体积大,难以集成,无法满足现在的实际需求。因此国内外学者便将八木天线原理应用于微带天线设计当中去,提出了各种微带准八木天线设计,并对微带准八木天线的带宽窄、尺寸大等问题进行了广泛地研究。本文通过对大量的国内外文献进行研究和学习,以拓宽微带准八木天线频带、减小尺寸和提高天线增益为设计目标的前提下,设计了三款微带准八木天线。本文的主要研究内容如下:首先,设计了一款蝶形双偶极子宽带印刷端射天线。通过引入阶梯槽线结构来改善天线带宽上的阻抗匹配,拓宽天线的带宽。之后在地板反射器和双偶极子驱动器上加载蝶形枝节来提高天线的电流流径,实现天线尺寸减小和带宽提高的目标。最后,在不改变天线尺寸的前提下,在引向器上下两边加载寄生贴片,通过扩大天线辐射口径,进一步提高天线的带宽和增益。最终该天线工作在1.59-3.96GHz上,在带宽上的增益为5.84-8.5dB。其次,基于印刷单极子简单的馈电结构,结合没有尖锐结构的凹面反射器和五个椭圆引向器设计了一款应用于S波段上的基于单极子激励单元的宽带印刷八木天线。仿真结果显示,该天线的工作带宽为1.98-4.23GHz,阻抗带宽为75%,在S波段上的增益为4-8.7dB,满足了S波段无线通信领域的需求。最后,在基于单极子激励单元的宽带印刷八木天线设计的基础上,结合超材料低折射率特性,将椭圆引向器替换为开口谐振环结构,设计了一款带有开口谐振环引向器的新型端射天线,进一步提高天线的方向性。该天线工作带宽为1.86-4.48GHz,阻抗带宽为87.3%,在S波段上的增益为4.5-10.2dB,与上述的单极子宽带印刷八木天线相比,在S波段上的增益最大提高了将近2.2dB,增强了天线端向辐射特性。
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