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随着无线通信系统的发展,为了使得系统的结构紧凑、重量轻,便于携带,通常将天线和收发信机设计集成在一起,这使得天线和收发设备的射频前端一体化设计成为了新的发展趋势。传统的实现天线收发的结构形式是借助微波隔离器件经匹配网络或线缆连接天线,或采用双天线系统。这容易带来射频前端体积大、重量重、损耗大、隔离差等缺点。本论文研究的同频同时双工天线采用简单的结构形式实现高的隔离以及FDD天线采用天线和双工器或滤波器一体化的设计,使得天线的结构比较紧凑,增加了天馈系统的集成度,并且有利于提高天线的工作带宽,端口隔离度等性能。论文针对同频同时的双工天线以及频分双工(FDD)天线这两类微带双工天线的设计方法进行研究,并成功提出了多款不同结构,不同应用背景的双工天线。主要内容可以概括为以下五个方面:1.提出一种基于混合环馈电的同频双极化双工天线。分别介绍了一款基于180度混合环馈电网络的同频双极化双工贴片天线。在此基础上设计了一款基于新型混合环馈电网络的高隔离、低交叉极化同频双极化微带双工天线。该天线相对于基于180度混合环的双极化微带双工天线,其在端口隔离度上提高了接近7 dB,达到42dB以上,且交叉极化均大于30 dB。最后提出了一个具有高隔离低交叉极化的宽带同频双极化双工天线。该天线能够在较宽的频带范围内实现较高的端口隔离,端口隔离度在通带范围内大部分都高于40 dB,天线的交叉极化高于24 dB,而且天线的相对带宽达到了38.7%。2.提出一种应用于RFID系统的同频双圆极化双工天线。天线的结构主要由两个相互嵌套的环形贴片、地板上刻蚀的一对正交放置的H槽和一个双频分支线耦合器组成。两个环形贴片实现天线的双频工作,H槽作为耦合装置提供给贴片空间上正交的电磁波,双频分支线耦合器作为馈电网络提供等幅正交相位给H槽,使得贴片产生圆极化波,同时提供给发射接收端口的隔离。当一端口激励时,天线能产生左旋或右旋的圆极化波,另一端口激励时,天线则能产生相应的正交极化的圆极化波。这样的工作方式,使得RFID阅读器天线既能发射信号给标签天线,同时经由标签天线反射回来的信号也能接收回阅读器天线,实现了天线发射接收同时进行的能力。实验结果表明,双频双圆极化双工天线在915 MHz(UHF)的增益为5.2 dBi,2.45 GHz(ISM)的增益为6.4 dBi;两端口的隔离在以上两频点分别为30 dB和25 dB;在UHF频段(890-930 MHz)轴比低于2.6 dB,ISM频段(2400-2500 MHz)轴比低于1.1 dB。3.提出一种基于耦合谐振器的FDD天线。天线由两辐射贴片、一对H槽谐振器和一对微带谐振器构成。两辐射贴片作为天线双向辐射的辐射单元以及实现天线双工工作的合成腔,H槽谐振器作为具有耦合与谐振功能的装置,微带谐振器与H槽谐振器相耦合形成二阶带通滤波特性。整体设计使得该天线能工作在较小的收发频率间隔场景中,且具有高的收发隔离和良好的滤波性能。通过对两H槽间距,空气层高度以及H槽谐振器与微带谐振器耦合间距等参数的研究,分析了这些关键参数对该天线性能的影响。在该天线基础上,又制作了一个二单元的天线阵列。实验结果表明,天线阵列在发射通带(1.94-1.99 GHz)和接收通带(2.43-2.52 GHz)端口的隔离分别达到38 dB和28 dB,且收发间隔仅是两通带中心频率的0.23倍。发射通带增益保持在4.85 dBi,且对接收通带的增益抑制达到25 dBi以上;接收通带的最大方向增益稳定在2.46 dBi,且对发射通带的抑制达到27 dBi以上。4.提出一种引入非对称传输零点的FDD滤波双工天线。天线由辐射贴片、两对T型探针及一对滤波器构成。首先,文中对具有两谐振点的宽带天线的结构及等效电路进行了描述分析。随后,文中对发射滤波天线和接收滤波天线的设计进行了介绍,给出了集成滤波双工天线与双工器级联宽带天线性能的比较。实验结果表明,该天线的发射通带带宽为10.6%(1.95-2.17 GHz),接收通带的带宽为6.9%(2.5-2.68GHz),且在两通带的隔离均高于45 dB,且收发间隔仅是两通带中心频率的0.23倍。天线在发射频带内的增益保持在5.74 dBi,对接收频带的抑制超过36 dBi,天线在接收频带内的增益保持在4.6 dBi,对接收频带的抑制超过30 dBi。5.提出一种应用于WCDMA的FDD天线。天线采用加载短路片的方环贴片和堆叠的寄生方贴片实现双频工作,利用一对双模谐振器与双频贴片天线两谐振点相耦合分别产生发射天线和接收天线,发射天线和接收天线共用同一辐射体,形成双工天线。在发射及接收通道双模谐振器引入非对称传输零点的基础上,通过改变端口耦合方式进一步增加传输零点的个数,从而实现双工天线较高的隔离特性。仿真结果表明,天线发射频段的阻抗带宽为70 MHz(1.937-2.07 GHz),接收频段的阻抗带宽为76 MHz(2.106-2.182 GHz),基本覆盖了WCDMA的上下行通带,收发间隔仅是两通带中心频率的0.09倍,且在两通带的隔离均高于32 dB。天线在发射频带内的增益保持在6.8 dBi,对接收频带的抑制超过27 dB,天线在接收频带内的增益保持在6.6 dBi,对接收频带的抑制超过31 dB。通过对上述五种双工天线的工作原理和设计方法进行了深入系统的探索和研究,丰富了双工天线结构与设计理论。