天线的小型化及与滤波器的协同设计研究

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目前,随着无线网络及个人通信技术的发展,移动终端已逐渐由单纯的通信工具,演变成为一台个人化智能设备,不仅可以收听广播节目,还能观看电视节目;同时无线终端也可以看作是一台掌上小电脑,实现随时随地高速上网。另外,随着后或超3G(也称4G)的提出,对无线通信系统的提出了更快的传输速率,更高的可用性,更可靠的传输准确性的要求,它是不同无线通信标准的集成,能够实现多标准按需接入,并且在不同系统间实现无缝切换,从而实现了多种无线通信业务的融合。  无线移动终端技术的高速数据业务、多媒体功能和多标准按需接入,要求对天线实现小型化或更高的性能。同时成本的压力也不断增加,这就对天线和射频前端的要求也越来越高,对器件的小型化和集成化也提出了更高的要求。协同设计方法的出现可以有效的解决了以上的问题。这种方法目的就是将不同的射频器件综合在同一个介质基片上进行设计,器件之间不同的特性能够有效的实现互补,从而可以改善产品的最终性能,并且能更有效的缩小产品的体积,以此达到小型化和集成化。  基于目前无线通信对射频前端的小型化和集成化的要求,本论文研究了天线的小型化及射频前端的协同设计,提出了一种小型化蝶形天线和一种天线与滤波器协同设计的方法,并且给出了仿真和实验的结果。以下是本论文主要包括的内容:  第一,介绍了天线的数值分析和软件分析的几种方法,并给出各方法的比较。  第二,提出了一种小型化蝶形微带天线,通过对蝶形贴片的结构进行优化和在接地板开窗来实现天线的小型化,并给出了设计公式,所实现的天线比传统的普通蝶形微带贴片天线的面积减小23%。仿真和实验结果表明,天线可以工作在2.49-2.61GHz,中心频率为2.55GHz,相对带宽为4.7%。增益最大可以达到2.5dBi,是具有实用价值的小型化天线。  最后,提出一种天线与滤波器协同设计的结构,这种结构把天线与滤波器设计在同一个接地板上,并且通过探针连接在一起,这样大大减小了天线与滤波器的体积,并且打破了传统的50Ω匹配,从而实现了很好的阻抗匹配。其中天线采用方形贴片结构,滤波器采用发卡型结构。它的工作频率在4.06-4.26GHz,相对带宽为4.7%。同时,天线与滤波器的协同设计与传统的天线设计相比,天线的尺寸减小,带宽增大,增益也提高并且具有良好、稳定的全向辐射特性。
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