具有谐波抑制特性的微带贴片天线研究与设计

来源 :南京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aptxkid2009
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随着通信技术的迅猛发展,功能单一的前端射频器件已经逐渐不能满足不同环境下的通信需求,因此高度集成的多功能天线正逐渐取代单一功能的天线并成为了新的研究热点。同时随着无线终端设备数量与种类的迅猛增长,越来越多的通信频段被使用在不同的领域。频谱效率不断提高的同时也带来了新的挑战,相近频段的设备之间极易产生干扰,因此在无线通信系统的整体设计中,天线作为发射和接收无线射频信号的重要器件需具备对谐波信号的抑制功能,以保证整个无线通信系统的稳定性与可靠性。针对具有谐波抑制特性的微带贴片天线,本文进行了深入的研究,主要工作包括:(1)提出了一种双点嵌入式馈电方法并设计了一款宽阻带抑制的微带贴片天线。首先,利用三维电磁仿真软件Ansoft HFSS对传统单点馈电形式的矩形微带贴片天线进行仿真分析,对谐波处的辐射模式进行了探讨与总结,在无需加载额外的滤波电路的情况下,提出了一种双点嵌入式馈电方法。所提馈电方案通过在谐波的电壁交点处进行馈电,从而有效抑制了谐波模式的产生,实现了宽阻带范围内对微带贴片天线的谐波抑制。基于该馈电方法,设计并研制了一款双点嵌入式馈电贴片天线。所设计天线的工作频率为2.45 GHz,10 d B工作带宽约为20 MHz。采用这种双点嵌入式馈电结构的微带贴片天线有效地抑制了TM02模、TM12模、TM20模和TM22模的激励,能够实现2.8倍频抑制。此外,工作频点2.45 GHz对应的TM10模辐射性能良好,增益达到7.4 d Bi。最后,对所设计的天线进行了实物加工,测试结果与仿真结果吻合良好。(2)提出了一种多点嵌入式差分馈电方法并设计了一款宽阻带抑制的微带贴片天线。首先,利用差分传输可天然抑制偶模的特性,结合前述双点嵌入式馈电结构,提出了一种多点嵌入式差分馈电方法。所提多点嵌入式差分馈电方法可有效抑制偶次谐波模式,进一步拓宽了天线的阻带带宽。基于该差分馈电方案,设计并研制了一款多点嵌入式差分馈电微带贴片天线。所设计天线的工作频率为2.45 GHz,10 d B工作带宽约为20 MHz。采用的多点嵌入式差分馈电方式能够有效抑制四次谐波内所有的高阶谐波。同样,工作频点2.45 GHz对应的TM10模辐射性能良好,增益达到7.5 d Bi。最后,对所设计的差分馈电天线进行实物加工,测试与仿真结果显示,所设计微带贴片天线谐波抑制效果明显,辐射性能良好。(3)在双点嵌入式馈电微带贴片天线的基础上引入了双层介质板结构用来改善天线的辐射带宽,最终设计并研制了一款具有改善带宽和谐波抑制特性的微带贴片天线。对于双点嵌入式馈电结构的微带贴片天线来说,虽然具有良好的谐波抑制效果,但是由于采用了比较薄的介质基片和微带贴片天线本身特性的影响,其相对带宽仅有0.82%。在引入双层结构后,使得天线具有了双峰谐振特性,天线的相对带宽增加到12.47%,是原结构天线的15.2倍。对此种结构的天线进行了实物加工与测试,测试与仿真结果吻合良好,证明了该结构的天线不仅对带宽的改善效果明显,而且双层结构的引入不会引入额外的高次谐波,此种结构的天线仍具有良好的谐波抑制效果。
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