【摘 要】
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为了解决通信系统频段兼容问题,传统方法是将多个传统的单频系统进行线性叠加,每个子系统可独立提供相应的服务,但是这样会造成通信系统体积大、成本高等问题,不利于天线小型化、集成化发展。如果在传统通信系统的基础上,采用多频天线、多频滤波器就可以适当的减小系统的体积,而且相比于以往工作在单一频段上的系统,工作在双频段甚至是多频段的系统更稳定,抵抗频段干扰的能力更强。本文在研究了液态金属天线的发展现状之后,
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为了解决通信系统频段兼容问题,传统方法是将多个传统的单频系统进行线性叠加,每个子系统可独立提供相应的服务,但是这样会造成通信系统体积大、成本高等问题,不利于天线小型化、集成化发展。如果在传统通信系统的基础上,采用多频天线、多频滤波器就可以适当的减小系统的体积,而且相比于以往工作在单一频段上的系统,工作在双频段甚至是多频段的系统更稳定,抵抗频段干扰的能力更强。本文在研究了液态金属天线的发展现状之后,结合天线多频段实现方式,主要完成了两款多频段液态金属天线,天线的顶层辐射贴片和底层接地板均采用液态金属(EGaIn)、介质基底和封层均用聚二甲基硅氧烷(PDMS)。(1)通过加载枝节增加电流的路径的方法设计出一种可用于WLAN(2.412-2.484GHz)和5G(3.3-3.6GHz、4.8-5.0GHz)频段的三频液态金属微带天线。天线整体尺寸为L×W×H=28mm × 42mm × 3.6mm,天线仿真工作频段为 2.31-2.50GHz、3.29-3.62GHz、4.80-6.15GHz,实际测试工作频段为 2.35-2.51GHz、3.26-3.61GHz、4.68-6.29GHz,频段内阻抗匹配良好,在2.4GHz、3.5GHz和5.0GHz方向图具有全向辐射特性,三个频率点处表面电流分布证明设计符合要求。(2)提出一种新型组合谐振器结构的三频滤波器,三个通带分别由四分之一波长谐振器、对称共地λg/4谐振器单元和U形谐振器中间位置加载阶梯阻抗枝节组成,结合平行线馈电方式。三个通带之间没有耦合,组成三通带滤波器时,三个谐振器相互间的影响较小,滤波器带内外特性良好。仿真的回波损耗在整个通带中最小值分别为-14dB、-16dB和-21dB,均小于-10dB,滤波器-3dB 频段和带宽分别为 2.36-2.72GHz(360MHz)、3.28-3.61GHz(330MHz)、4.75-5.07GHz(320MHz),相对带宽分别为 15%、9.4%、6.5%。仿真的通带内插入损耗最小值为1.9dB、2.4dB和1.8dB,S21最小值分别为-36dB、-23dB、-23dB、-25dB,隔离效果较好,有一定的竞争优势。(3)设计一款宽带单极子天线,辐射贴片为梯形,接地板边缘进行圆滑处理,扩展了天线的阻抗带宽,通过在接地板进行开槽处理,改善了带内匹配特性。该单极子天线工作在2.25-5.90GHz频段,且阻抗匹配良好,频带内均满足|S11|<-10dB,表现为良好的全向辐射性。(4)在三频滤波器和宽带单极子天线的基础上,通过将滤波器级联到天线的馈线上的方法实现具有滤波特性的多频段液态金属天线,天线整体尺寸为L×W×H=42.8mm×64.4mm× 1.4mm。级联后天线工作频段和带宽分别为2.24-2.57GHz(330MHz)、3.29-3.65GHz(360MHz)、4.78-5.13GHz(350MHz),将级联滤波器前后的辐射方向图进行比较,天线与滤波器进行级联的设计方式基本不会改变天线辐射特性,具有较好的全向辐射性。
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