【摘 要】
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目前,5G技术发展如火如荼,无线通信设备变得越来越丰富,因此通信系统小型化、集成化的需求也就使得无源器件——天线朝着平面化、紧凑型、集成化和宽带化方向发展。与此同时,透明天线可以在不阻挡光线传播的情况下收发电磁信号,能够应用在一些特殊需要透明化的平台。本论文针对天线对平面化、紧凑型、宽带化、透明化方面的需求设计了两款天线,主要内容如下:(1)设计了一种平面化紧凑型宽带透明超表面终端天线。该天线主要
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目前,5G技术发展如火如荼,无线通信设备变得越来越丰富,因此通信系统小型化、集成化的需求也就使得无源器件——天线朝着平面化、紧凑型、集成化和宽带化方向发展。与此同时,透明天线可以在不阻挡光线传播的情况下收发电磁信号,能够应用在一些特殊需要透明化的平台。本论文针对天线对平面化、紧凑型、宽带化、透明化方面的需求设计了两款天线,主要内容如下:(1)设计了一种平面化紧凑型宽带透明超表面终端天线。该天线主要应用在5G智能手机的玻璃后盖与电池之间,由三层介质基板构成。下层基板的下表面为完整的地板可以保证天线在手机中复杂的金属环境下性能不至于恶化,其上表面为超表面结构用以降低天线的剖面高度,中间基板的上表面是一个改进型的平面倒F结构旨在降低天线的剖面高度和扩展其工作带宽,上层基板的上表面是在方形贴片上挖去半径不同的圆而构成的非周期性超表面结构可以激发起更多的辐射模式从而进一步提升天线的工作带宽。值得注意的是,上层基板采用玻璃材质并且上表面非周期性超表面结构通过电镀网格状金属实现,使得上层基板整体呈现良好的透明效果,能够与手机后盖完美共形,而天线的其余部分可以更好地集成在后盖与电池之间。该天线的整体尺寸为40×40×1.165mm~3,剖面高度为0.0128λL,工作带宽达到30.3%(在3.3-4.48GHz内|S11|<-6d B),可以完美地覆盖5G N77频段,且在N77频段内的辐射效率均大于57%。(2)设计了一种紧凑型单平面宽带透明差分滤波天线,该天线包含一个带有环形槽的圆形辐射体、两个短路枝节、缺陷地和两个共面波导差分馈线,这些结构都被印刷在透明玻璃基板的同一侧,覆盖以2um厚的铜网格,可以实现整体天线系统80.28%以上的透明度。通过建立天线的等效电路模型和对辐射零点的电流分布以及相应结构参数扫描的分析,详细地阐述了该天线的工作机制,并且结果显示可以通过调节相应的结构参数来控制带内谐振点和带外辐射零点,从而获得宽带的工作特性以及良好的滤波效果。然后根据该天线在差模和共模激励下中心频点处电流分布分析了差分天线的高共模抑制特性。对该天线进行了加工、组装和测试,该天线在0.35×0.46×0.005λL~3的尺寸下可以实现20.34%的-10d B阻抗分数带宽,相应的峰值增益为1.88d Bi,通带范围内的总效率在58%以上。
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