宽带微带印刷缝隙天线及超宽带共面波导缝隙天线的研究与设计

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天线是无线通信系统中重要的收发装置，是收发电磁波的无线设备，其性能的优劣严重影响着通信系统的稳定性。微带缝隙天线具有剖面低、易共形等优点使其得到广泛的应用。在应用到雷达通信系统中运动的物体时，其易共形的优点降低了飞行器的空气阻力，既隐蔽又不影响物体的运动。此外，在雷达通信中，用于侦察雷达信号的天线要求其带宽越宽越好，并且超宽带(Ultra-wideband, UWB)无线通信技术具有高速率、低误码率等优点，被广泛应用到高速无线通信、雷达跟踪、测距、精确定位制导等领域。在2002年，FCC规定超宽带通信技术应用到民用领域之后，超宽带天线得到了广泛的发展。
　　首先，本文简单介绍微带缝隙天线和超宽带共面波导天线的研究现状和相关理论基础。通过学习阅读相关资料可知，虽然存在覆盖雷达通信系统中C波段(5.05GHz-5.75GHz)的微带天线，但是频率处在5GHz左右的带宽比较窄，不能完全覆盖C波段频率的范围，且天线不易于运动物体共形，所以选择微带缝隙天线进行天线设计，实现天线在雷达干扰机中的共形；此外，超宽带天线的出现既解决了频率资源拥挤的问题，提高了数据传输速率，也可用于侦察雷达信号，其成为最近几年的研究热点天线；而且使用共面波导作为天线的馈电，使天线具备易集成和小型化等诸多优点。
　　其次，在阅读大量文献和深入研究的基础上，分析微带缝隙天线的基本原理和方法之后，设计了应用在雷达通信干扰系统的微带缝隙天线。设计的该天线其工作频率在C波段的5.05GHz-5.75GHz左右，其结构是在微带贴片天线上刻蚀一个OCSRR环的缝隙结构，通过微带线进行馈电，1/4阻抗变换器进行阻抗匹配，形成本文设计的在微带贴片天线的基础上改进的微带缝隙天线。通过参数计算和软件分析，得知天线辐射贴片的尺寸和OCSRR结构的位置等参数的改变对天线性能有影响；最终通过软件仿真，确定天线的最优尺寸，实现天线的工作频率覆盖C波段的5.05GHz-5.75GHz范围，天线带宽达到3.6％。此外，本文通过在天线底部增加一个金属背板对设计的天线进行改进，利用前面的方法通过反复仿真与参数优化，获得最优化的金属背板的位置及其他参数，使天线在工作频段范围内，具有比之前天线更大的阻抗带宽，达到8.7%，同时增大了天线辐射增益，实现天线高辐射。
　　最后，通过对超宽带天线和共面波导天线的研究和总结以及应用于雷达侦察信号天线的研究，提出一种超宽带共面波导缝隙天线的设计方法。论文设计的天线用共面波导作为馈电；使用印刷单极子贴片作为辐射贴片，在共面波导的两个接地板上分别刻蚀一个L型槽，这两个L型槽可看作对称振子；以上构成超宽带共面波导缝隙天线的主要结构。通过调整L型结构和贴片的各个参数，进行天线分析和优化设计，获得一组最优的超宽带天线参数和理想的阻抗带宽，天线工作频率为3.48GHz-14.18GHz，实现超宽带特性。

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作者
张秋红;
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作者单位

哈尔滨工程大学;

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授予单位哈尔滨工程大学;
学科信息与通信工程
授予学位硕士
导师姓名郜丽鹏;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类信号发送、辐射系统;
关键词
微带缝隙天线; 共面波导; 金属背板; 超宽带通信; 小型化设计;

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