微带贴片天线组阵的研究

兰州大学硕士学位论文微带贴片天线组阵的研究姓名：刘涛申请学位级别：硕士专业：工学、通信与信息系统指导教师：吕振肃;张金生20060601微带贴片天线组阵的研究作者：刘涛学位授予单位：兰州大学相似文献(10条)1.学位论文庞敏MEMS层叠式微带贴片天线的建模、分析2002微带天线具有许多优点，如体积小、重量轻、剖面薄、容易与载体共形、与集成电路的兼容性好、易于大批量制作等，在近几十年来得到了广泛的应用。对微带天线的研究必将为无线通信系统的发展带来深远的影响。通常微带贴片天线的频带较窄，而利用微电子机械系统(MEMS)技术制作具有多层介质和贴片结构的微带天线，可以有效地扩展天线的带宽。本论文的主要工作即是寻求一种好的方法来求解这类复杂结构微带天线的三维电磁场分布问题，分析天线的特性。本论文利用时域有限差分(FDTD)法，对一种新型的MEMS层叠式微带贴片天线进行了精确的时域仿真。FDTD法可以较精确地处理具有不规则形状和不同介质分界面的复杂结构；对不同方向的FDTD网格边界实施了具有不同精度的边界吸收条件，使计算更“经济”；采用了一种简单有效的激励源设置方法，使前端表面无需进行特殊处理，同时，避免了前端表面和其附近的直流畸变的问题；利用时域解得到的丰富的电磁场信息，给电磁波在天线上的传播绘制出了清晰的图像，有助于直观地理解天线工作的物理过程；通过对时域计算的结果进行一次傅里叶变换，求得了天线在频域上的特征参量，从而有助于了解天线在宽频域内的辐射特性，FDTD计算与经验公式计算值取得了较好的一致，并与实验测试值符合得较好，证明这种计算方法用于新型MEMS微带天线的分析是行之有效的。本论文将FDTD法应用于MEMS微带天线的仿真分析，有效地节约了存储空间和计算时间，取得了较好的效果，显示了FDTD法用于分析复杂结构微带贴片天线的有效性和优越性。2.学位论文阿卜杜克里穆宽带和多波段微带贴片天线的设计和分析2004在天线设计中使用微带贴片天线代替传统类型天线的思想源于探究微带天线所能提供的种种优点和特性.然而,微带天线主要的局限性在于自身的共振导致其固有的窄带性能.第三代(3G)移动通信技术引入的新型无线通信系统要求采用宽带天线来支持大量的用户及更高的比特率.而且,既能支持传统的无线通信标准也能支持新标准(3GIMT-2000和UMTS标准)的多带天线由于可在不同无线应用中支持多种频带而广为流行.该文主要考虑几种宽带微带贴片天线的分析与设计.这些天线运用多种宽带技术来增强带宽.这些设计方法包括从简单的阻抗匹配技术(使用一系列蚀刻电容器和共面寄生耦合技术)到相对复杂的开槽耦合,加载缝隙与微带馈电缝隙技术.研究表明4％~86％的带宽增强范围可通过采用上述设计方法在新、旧无线通信标准中实现.同时分析和设计了多种多频带微带贴片天线.天线的结构包括:带3条短触针的微带贴片天线,一系列位于非辐射贴片沿的开槽的矩形微带贴片天线,矩形加载短截线微带贴片天线,和带单或双馈电的单贴片矩形微带贴片天线.多频带的实现可通过在1.7GHz~5.8GHz频率范围内的设计获得,这一频率范围基本上包括了很多无线通信频带如DCS-1800,PCS-1900,ISM,Bluetooth,UMTS和IMT-2000.该文的计算机仿真和设计使用基于矩量法(MoM)的软件工具包(IE3D),以及时域有限差分方法(FDTD)代码实现.该文对各种天线的数学分析结果基于回波损耗、增益、带宽和辐射样式参数.3.会议论文魏文博.张洪涛寄生切角极化可重构微带贴片天线2009本文提出了一种新颖的寄生切角极化可重构微带贴片天线。天线寄生切角通过4只PIN二极管接地，通过控制二极管的导通状态，天线的极化工作方式可在左旋和右旋圆极化间相互切换。同时，该天线的PIN二极管的直流偏置网络设计简单，省去了多数可重构天线直流偏置网络中用到的隔直电容。仿真和实测结果表明该天线具有良好的极化重构能力，可用于需要极化分集的智能无线通信系统。4.学位论文肖伟宏MIMO移动通信系统中的终端多天线设计2006尽管第三代移动通信技术正方兴未艾，新一代移动通信技术已初露端倪。其高质量、高速率的移动多媒体传输目标令人神往。然而，实现这一目标并非易事，传统单天线收发通信系统显得极其苍白无力。即使采用常规发射分集、接收分集以及智能天线技术，同样也不足以满足新一代无线通信系统对大容量与高可靠性的需求。可幸的是，多入多出(MIMO)无线通信技术为解决该问题提供了全新的途径，它在无线链路收发两端均采用多天线，充分开发空间资源，在无需增加频谱资源和发射功率的情况下，成倍地提升了通信系统的容量与可靠性。当然，机遇与挑战总是并存的，与常规单天线收发通信系统相比，MIMO通信系统中多天线的应用面临着大量亟待研究的问题。优异的多天线性能是MIMO系统实现其各种优势的根本保障，本文以863项目“新型天线与分集技术研究”为契机，围绕移动终端多天线设计这一主题展开了系统的研究。本文在介绍了MIMO系统移动终端天线基本理论的基础上，详细阐述了MIMO系统移动终端天线的设计方法，提出了适合于MIMO移动终端的三种可穿戴式天线及三种内置微带贴片天线；并通过天线各参数的测量以及MIMO系统试验平台的外场测试对所设计天线进行了验证。首先，本文简要回顾了研究的相关背景，通过对现代移动通信的发展及其所面临的挑战和急需解决的问题的总结，了解了MIMO通信技术引入的必然性；在此基础上，对MIMO移动通信技术进行了系统的阐述，包括传统的SISO系统以及智能天线系统向MIMO系统的演进，MIMO移动通信技术基本原理，MIMO系统的主要研究内容和国内外研究动态。其次，结合MIMO系统终端多天线设计要求，概括了现有MIMO系统终端天线的主要形式及特点，阐述了决定多天线布局的天线分集形式，给出了分集性能的衡量标准；并在此基础上，提出了适合于本MIMO试验平台的移动终端多天线设计思想与技术途径，即通过采用分集技术、改善单元天线方向图、实现天线的小型化与双极化使所设计多天线满足MIMO系统的需求，在具体实施方案上，明确了外置可穿戴式天线与内置微带贴片天线两种方案。接着，本文介绍了微带天线设计及在移动终端多天线系统中的应用，概述了微带天线的分类、优缺点、分析方法及馈电方式，给出了MIMO移动终端微带天线小型化、双极化的具体方案。然后，本文重点介绍针对不同的适用情况，所设计的移动终端外置可穿戴式天线与内置微带贴片天线。其主要包括腰带式可穿戴天线、腰包式可穿戴天线、电抗加载的双极化微带贴片天线、采用高介电常数磁性材料作为介质基片的的垂直、水平极化与±45°双极化微带贴片天线。通过对天线各参数测量的结果分析表明，可穿戴式天线提升了分集单元数目，丰富了分集形式，降低了天线的人体吸收率(SAR)；内置微带贴片天线虽然占据着极小的空间，却利用双极化技术获取了极化分集增益；各种天线均较好的满足了MIMO系统对终端天线的要求。最后，为验证所设计移动终端多天线的性能，我们将其用于MIMO系统试验平台，进行了一系列的实验，并对实验数据进行了分析和讨论。从实验结果可以看出，所设计多天线可以获得良好的分集效果，达到了预期的设计目标。5.学位论文王薇薇时域有限差分法分析矩形微带天线的时域特性2007随着现代通信的飞速发展，对无线通信系统的应用提出了更高的要求。例如电视、广播、通信等业务，要求高质量、高速率地传输语言、文字、图像、数据等信息，从而要求设备的宽带化。天线是辐射和接受电磁波信号的部件，是无线通信系统的重要组成部分。针对个人通信对传输速率和带宽要求的增加，宽频带天线的研究日益活跃，成为天线学科研究领域的一个重要分支。尤其在移动通信和个人通信中，微带天线的地位在将来的发展中将无可比拟。时域有限差分(FDTD)方法自Yee(1966年)提出以来发展迅速，获得广泛应用。FDTD方法将麦克斯韦旋度方程转化为差分方程，表述简单，容易理解，结合计算机技术能处理十分复杂的电磁问题：有很好的稳定性和收敛性，因而在工程电磁学各个领域备受重视。本文运用时域有限差分(FDTD)方法，从麦克斯韦旋度方程出发，详细讨论FDTD法计算中时间步长和空间步长的选取原则，推导完全匹配层(PML)吸收边界条件在直角坐标下的差分格式，给出算例在区域截断边界分别设置PML吸收边界条件计算，结果表明，采用PML吸收边界具有反射小、馈源模型简单、收敛速度快等优点。针对宽带、高频特性，重点说明了激励源的设置、金属导体的设置和吸收边界条件等问题，将PML吸收边界应用于微带结构中，用FDTD方法仿真模拟微带贴片天线的时域特性，然后通过离散傅立叶变换(DFT)来进行其相应的频域特性的分析。在此过程中，侧重于微带贴片天线时域特性的研究。6.期刊论文肖伟宏.聂在平.XIAOWei-hong.NIEZai-ping应用于MIMO系统终端的腰带式可穿戴天线-电波科学学报2007,22(1)提出一种应用于MIMO无线通信系统移动终端的腰带式可穿戴外置多天线.这一MIMO多天线系统利用合理的布局,可获取各种分集增益.天线单元采用开槽的电磁耦合微带贴片天线,减小了天线尺寸,也降低了人体吸收率.通过MIMO系统试验平台的外场测试,得到了多天线系统的相关性系数矩阵以及误码率等重要的实验数据.测试结果表明:在保持总发射功率不变的情况下,相较于传统的单发单收天线,这一多天线系统可显著降低传输误码率,进而有效提高通信系统容量与质量.7.学位论文卞磊宽带圆极化微带天线分析与设计2008自从20世纪70年代中期微带天线理论得到很大发展以来，由于微带天线体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于与目标共形等优点而深受人们亲睐，在雷达、移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统（GPS）等领域得到广泛的应用。圆极化作为微带天线理论和技术应用的一个重要分支，被广泛的运用于雷达、导航、卫星等电子系统中。由于其特性，使得收发天线间有很强的角度位置定位灵活性，并且能减小信号的多路径干扰和其他的一些影响。此外，宽带通信具有通信容量大、保密性好、抗多径干扰能力强等许多优点，是21世纪通信系统的发展方向，从而对通信设备的宽带化也提出了越来越高的要求。其中宽带天线就是无线通信系统所要研究的一个重要部分。本论文主要针对无线通信中的宽带圆极化微带天线设计、分析与应用技术进行了研究与探索。在研究中采用了理论分析、数值仿真和实验验证等手段，提出了多种宽带圆极化微带天线结构，由于其卓越的宽带性能，成果已分别在本领域最高级别刊物IEEETrans.OnAntennasandPropagation，IETMicrowavesAntennas&Propagation等上发表，集中体现了作者的研究成果。本文的主要工作如下：1.研究了双馈电宽带圆极化微带贴片天线设计技术。在对圆极化天线的一般特点和基本要求进行探讨的基础上，针对微带天线带宽窄的固有缺点，采用了一种由3dBWilkinson功分器和移相器组成的新型宽带馈电网络，运用L型金属棒进行旋转90°近耦合式双馈电，得到了具有宽带性能的圆极化微带贴片天线。并在此基础上，对该天线的面电流分布及辐射特性进行了详细的研究和探讨，又提出了圆极化微带环形贴片天线。并针对该天线结构尺寸进行了优化分析，采用了全波软件和aggressivespacemapping（ASM）优化算法相结合的办法，为天线的结构最优化节省时间和硬件资源，得到了良好的效果。2.研究了四馈电宽带圆极化微带贴片天线设计技术。在对天线双馈电的基础上，对称增加一对L型金属棒进行馈电。这种对称结构有效消除了天线馈电金属棒的辐射泄漏和之间的信号耦合，抑制了交叉极化，扩展了天线的圆极化带宽。并通过仿真和试验进行了验证。3.研究了四馈电宽带圆极化缝隙天线设计技术。在接地板上开圆形槽进行电磁波的辐射，采用四条微带线进行馈电，不但具有宽带特性，而且具有双圆极化性能。4.研究了宽带圆极化微带天线阵的设计技术。在对单个宽带圆极化天线研究得到比较充分的结果后，继续对圆极化天线阵进行了研究。采用相位旋转式单馈电形式的馈电结