天线分析的基本问题是求解天线在周围空间建立的电磁场,求得电磁场后,进而得出其方向图,增益和输入阻抗等特性指标.分析微带天线的基本理论大致可以分为三类·最早出现的也是最简单的是传输线模(TLM—Transmission Line Model)理论,主要用于矩形贴片.更严格更有用的是空腔模型(CM-Cavity Model)理论,可用于各种规则贴片,但是基本上限于天线厚度远远小于波长的情况.最严格而计算最复杂的是全波(FW-Full Wave)理论,全波分析中常常需要使用到各种数值方法.从原理上来说,全波理论可用于各种结构,任意厚度的微带天线,然而要受到计算模型的精度和机时的限制.从数学处理上看,第一种理论把微带天线的分析简化为一维的传输线问题;第二种理论则发展到二维边值的问题的求解;第三种理论又进了一步,可以计入三维的变化,不过计算也费时的多.自然,这三种理论仍在不断的在某些方面有所发展,同时也出现了一些别的分析方法.基于对全波理论中积分方程法的简化,产生了格林函数法(GFA-Green Function Approach);而由空腔模垫的扩展,出现了多端网络法(MNA-Multiport Network
Approach),等.
本论文将分析总结多种实现微带天线多频段,宽频带工作的设计方法,尤其是对PIFA天线结构做了详细分析,研究了天线高度,短路金属板宽度与谐振频率之间的变化关系等.在使用3D电磁场仿真软件HFSS对天线结构进行仿真的基础上,结合多种设计方法,提出了两种新型结构的微带天线,分别应用于WLAN,移动通讯终端.论文中新型结构的微带天线具有占用体积小,频带宽,效率高等优点.为了验证仿真结果,制作并测试相应的天线,对实验结果与仿真结果要进行对比,验证是否吻合.
本论文的创新之处在于结合多种技术,研制的两种新型结构的微带天线,在实现小型化多频段,宽频带工作的同时,兼顾了天线的增益与效率等指标,对实现工业上可应用的微带天线具有一定的指导意义.
论文内容安排如下:
第一章 绪论.介绍本论文的研究目的及意义,微带天线多频段,宽频带技术的 研究现状,论文的研究内容及创新之处,论文大纲.
第二章 简单介绍微带天线的基本理论,包括:微带天线的辐射机理,分析 模 型 以及理论分析方法,对天线的基本电参数做简要介绍.
第三章 详细讨论微带天线小型化,宽频带以及多频带的各种方法.
第四章 设计两种新型多频,小型化微带天线,一种应用于WLAN ,另 一 种应用于移动通讯终端.
第五章 对论文做总结,对论文的后续工作提出了建议
5,预期达到的目的和应用前景
微带天线由于具有体积小,重量轻,剖面薄,易与飞行器共形,易于加工,易与有源器件和电路集成为单一模块等诸多优点,因而自其诞生以来就得到社会各界的广泛研究与应用.但通常的微带天线主要是一种谐振式天线,相对带宽较窄.同时,随着通讯技术的发展,宽带的应用越来越受到重视,新的标准相继提出,通讯产品越来越小型化,物理空间的限制成为系统设计必须考虑的重要因素,因此天线的小型化成为天线设计的又一研究热点.如何设计出同时具有小型化,多频带以及宽频带的微带天线是当前微带天线设计的难点与重点.
本文针对当前对WLAN天线,多频移动通讯终端天线的需求,设计出了符合性能指标要求的双频WLAN天线和内置五频段内置天线.
1,对于WLAN天线,采用两个背对背的天线实现分集接收,用来降低多重路径衰减 ;在频宽方面不仅带宽符合无线局域网工作带宽的要求而且S2 1也低于-2 0dB ; 天线具有高增益和不错的增益稳定度,使得无线局域网络卡在接收信号时减少信号误判的情形发生.
2,新型的内置式多频段天线是在PIFA结构的基础上,结合了多种技术实现的. 天线在各个频带内,都有相对宽的带宽,满足系统的要求,同时天线占用的空间较小,实现了天线的小型化,取得了比较好的性能.
由于论文时间所限,以及天线的工作频率,物理空间的限制,所设计出天线的某些性能还有待改进,今后的本论文主要工作方向为:
1,对于WLAN天线,可以考虑在接地板上采用电磁带隙结构,以进一
