具有带阻和双频特性的频率可重构天线的研究与设计

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频率可重构天线能够实现多频带之间的转换。因此,使用频率可重构天线的系统拥有更强大的功能。针对只能工作在某一特定频率范围或只能工作在一个特定模式下的系统,频率可重构天线具有重要的工程意义。本论文不仅研究了具有阻带性质的超宽带天线和双频天线,并且,设计了开关可控的频率可重构天线,该种天线可以工作在带阻超宽带频段或双频WLAN频段。本论文的主要工作及成果如下:首先,作者以现有的双频天线的基本结构和实现方法作为切入点进行研究。就现有的双频天线来说,双频天线的基本设计思路是在同一天线结构中实现两条不同的谐振路径。调整两条谐振路径,使其长度不一致,从而让天线得到两个工作频率。以此设计思路,作者提出了新型十字型槽双频天线结构。天线的两个工作频段分别为2.9GHz-4.1GHz和5.1GHz-5.9GHz,正好覆盖了WiMAX和5GHzWLAN频段。并且在工作频段上,天线具有较好的辐射方向图。其次,作者分析和研究了现有的超宽带带阻天线结构以及实现原理。对于现有的超宽带天线,其基本设计方法是,在超宽带天线结构中,加入槽或短接线等滤波结构,从而在超宽带工作频段中实现一个或者多个阻带。在此基础上,作者首先设计了一款超宽带天线,接着,在此超宽带天线的辐射单元和地板上加入一条和多条缝隙,从而实现单阻带超宽带天线和多阻带超宽带天线。其中一款双阻带超宽带天线的阻带可以分别覆盖3.2–3.9GHz和4.8–5.9GHz。接着,作者基于双频天线和超宽带带阻天线的研究成果,创新性地提出了可以在WLAN双频频段和带阻超宽带频段之间切换的频率可重构天线。该天线通过调节理想开关的导通和断开,使得天线的部分结构在倒L型辐射贴片和倒S型槽之间变化,从而让天线具有WLAN双频和带阻超宽带两种工作形态。实验结果显示,在双频WLAN模式下,天线测量的最低频段的-10dB阻抗带宽为2.39到2.51GHz,测量的较高频段的-10dB阻抗带宽为4.25到6.75GHz。在带阻超宽带模式下,天线所激励出一个阻带频段为4.91到5.9GHz。因此,该天线可以既能应用在双频WLAN频段也能工作在带阻超宽带频段。最后,对在读研究生阶段的工作与研究进行了全面的总结,并对今后的工作进行了展望。
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