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2015年的宽带平面单极子天线设计

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简介：
本研究聚焦于2015年宽带平面单极子天线的设计与优化，探讨其在现代无线通信系统中的应用潜力及技术挑战。 设计了一种尺寸为80.0mm×70.0mm×1.6mm的宽带微带天线，采用相对介电常数为4.4的FR4材料作为介质基板。通过HFSS软件仿真发现，该天线的工作频段覆盖了从0.79GHz到2.81GHz（回波损耗dB(S(1,1))≤-10dB，驻波比VSWR≤2），相对带宽为112%，涵盖了GSM900、CDMA800、DCS1800及PCS1900通信频段，并包括无线局域网WLAN的2.45GHz波段。在工作频段内，该天线表现出良好的辐射方向性和增益特性，适用于手机信号屏蔽仪天线的设计需求。此外，仿真结果还表明接地面尺寸大于辐射贴片尺寸。

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  • 2015年的宽带平面单极子天线设计
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    本研究聚焦于2015年宽带平面单极子天线的设计与优化，探讨其在现代无线通信系统中的应用潜力及技术挑战。 设计了一种尺寸为80.0mm×70.0mm×1.6mm的宽带微带天线，采用相对介电常数为4.4的FR4材料作为介质基板。通过HFSS软件仿真发现，该天线的工作频段覆盖了从0.79GHz到2.81GHz（回波损耗dB(S(1,1))≤-10dB，驻波比VSWR≤2），相对带宽为112%，涵盖了GSM900、CDMA800、DCS1800及PCS1900通信频段，并包括无线局域网WLAN的2.45GHz波段。在工作频段内，该天线表现出良好的辐射方向性和增益特性，适用于手机信号屏蔽仪天线的设计需求。此外，仿真结果还表明接地面尺寸大于辐射贴片尺寸。
     
  • 新型UWB平面单极子微带天线阵设计
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    本研究提出了一种创新性的超宽带(UWB)平面单极子微带天线阵设计方案，旨在提高无线通信系统的性能。通过优化结构参数，该天线阵展现出卓越的宽带特性、高增益及良好的方向图稳定性，适用于多输入多输出(MIMO)系统和大规模天线阵列技术。 本段落提出了一种新型平面单极子微带天线阵列，以矩形平面单极子天线为基础，通过改变辐射贴片的形状来优化原有天线性能。设计出一款中心频率为2.4GHz、相对带宽达到42%且增益达13dB的宽带四单元平面单极天线阵列。仿真与实验结果表明，在1.93GHz至2.93GHz频段内，该天线反射系数均小于-10dB。
     
  • 关于宽带平面螺旋天线的设计与研究
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    本研究专注于宽带平面螺旋天线设计，探索其在不同频率范围内的性能优化及应用潜力，致力于提高通信系统的效率和可靠性。 宽带平面螺旋天线的研究与设计 宽带平面螺旋天线因其具备的宽频带特性和圆极化特性，在射频（RF）及微波领域中被广泛应用。本段落主要探讨了一种宽带平面螺旋天线的设计方法，通过优化辐射元、背腔结构以及输入阻抗匹配等方面来提高其性能，并分析了测试结果。 1. 天线辐射单元设计 在设计过程中，需对天线的辐射元件进行精心选择和配置以确保宽频带特性。具体而言，阿基米德螺旋天线由圆形板与螺旋形结构组成。为了满足宽带需求，本段落选择了εr=4.6且厚度为1 mm的板材作为基础材料，并使输入阻抗约为Z0=112.6Ω；此外，还需确保外圈周长大于λmax的1.25倍以及馈电点间距小于λmin／4。 2. 背腔设计 为了实现单向辐射效果，在背腔内通常会放置吸波材料。然而考虑到增益因素的影响，本段落并未填充此类物质而是采用了长度为λ/4的金属套筒作为反射体；该结构如图所示：在同轴电缆外部加上一个同样长度（即λ／4）但不与之接触且仅在其底端短接于外皮上的金属管，并以此构成一个新的特性阻抗Zc的新同轴线L，而终端则处于短路状态。 3. 输入阻抗匹配设计 基于阿基米德螺旋天线的辐射原理，在实现等幅反相馈电（即平衡模式）时通常需要使用巴伦转换器将不平衡型同轴电缆转变为微带线路形式。尽管锥形巴伦能够提供较宽的工作频段，但其加工难度较大且容易导致射频泄露问题；因此本段落采用了空心的同轴变换结构来替代传统的巴伦设计，虽然这会导致馈电不均衡的问题出现，但是方便了实际制造过程中的操作。 4. 测试结果 为了验证圆极化性能，在测试中需要对天线进行不同角度（例如：45°）旋转以获取完整的数据集；当螺旋型发射器处于水平状态而接收端垂直放置时所测得的方向图如图所示。此外，还测量了在相同条件下该装置的增益曲线，并绘制出了轴比特性图表。 综上所述，本段落提出了一种新型宽带平面螺旋天线设计方案并通过仿真与实验验证了其优良的工作性能；这表明它适用于RF和微波技术领域内的多种应用场景中。
     
  • 一款新型宽带圆极化微带天线的设计
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    本项目专注于设计并优化了一款新型宽带圆极化微带天线，旨在提高无线通信系统的性能和效率。该天线具备宽频带、高效辐射等特点，适用于多种移动通讯设备及卫星导航系统。 微带天线的基片厚度通常远小于工作波长，因此实现了小型化设计。相比普通微波天线，微带天线具有剖面薄、体积小、重量轻以及易于共形的特点，并且容易获得圆极化特性。然而，其频带较窄并且性能会受到基板材料的影响。 为了拓宽微带天线的频率范围，目前有以下几种方法： 1. 降低等效谐振电路的Q值，例如通过增加基片厚度或减小相对介电常数； 2. 修改等效电路设计：添加寄生贴片、采用电磁耦合馈电等方式； 3. 添加阻抗匹配网络以优化性能； 4. 其他方法包括改变贴片形状、加入变容管以及利用行波阵列或者对数周期结构。 其中，第一种方式相对简单易行。然而，在参数超出一定范围时会激发高阶模式，导致天线方向图劣化并增加辐射损耗。
     
  • 基于多频带的印刷单极子天线设计
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    本研究探讨了一种新颖的多频带印刷单极子天线设计方案，适用于现代无线通信系统。该天线具有小型化、宽带和多频操作等优点，在物联网及移动通信领域有广泛应用前景。 本段落提出了一种小型化的用于WLAN/WiMax通信系统的多频带印刷单极子天线。通过改进双“G”形振子结构，使天线能够在2.4 GHz、3.5 GHz 和 5.5 GHz 谐振，从而覆盖2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和3.5/5.5 GHz WiMax频带。测试表明，在工作频段内该天线具有较宽的阻抗带宽及良好的辐射特性，因此适用于多频带无线通信系统中使用。
     
  • 微带天线阵列的宽带圆极化仿真与设计
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    本研究聚焦于微带天线阵列的设计与优化，特别关注宽带圆极化特性。通过仿真技术探索并实现了高效能、多用途的应用型天线系统。 自20世纪70年代中期微带天线理论得到显著发展以来，由于其体积小、重量轻、馈电方式灵活多样、成本低廉以及易于与目标共形等优点而备受青睐，在雷达系统、移动通信网络、卫星通讯和全球定位系统(GPS)等领域得到了广泛应用。圆极化作为微带天线技术中的一个重要分支，在各种电子设备中有着广泛的运用，如雷达、导航及卫星系统。 由于其特性，收发天线之间的角度位置具有很高的灵活性，并且能够有效减少信号多路径干扰及其他影响因素。此外，宽带通信因其容量大、保密性强和抗多重径扰能力强等优点成为21世纪通讯技术的发展方向，因此对无线设备的宽频化提出了更高的要求。其中，宽带天线是该领域的重要研究对象。 本段落主要探讨了无线通信中宽带圆极化微带天线的设计、分析与应用技术。在研究过程中采用了理论分析、数值仿真和实验验证等方法，并提出多种具有卓越性能的宽带圆极化微带贴片天线结构，研究成果已发表于本领域的顶级期刊《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》及《IET Microwaves, Antennas & Propagation》，充分展示了作者的研究成果。 本段落的主要工作包括： 1. 双馈电宽带圆极化微带贴片天线设计技术研究。在探讨了圆极化天线的一般特性和基本要求后，针对传统微带天线频宽窄的缺点，提出了一种新型宽带馈电网络方案——3dB Wilkinson功分器和移相器组合，并通过L型金属棒进行旋转90度近耦合式双馈电来实现圆极化特性。在此基础上对贴片天线进行了面电流分布及辐射特性的详细研究并提出了改进设计，优化了环形贴片的尺寸。 2. 四馈电宽带圆极化微带贴片天线技术的研究。在原有双馈电结构的基础上增加了一组L型金属棒进行对称式四馈电操作，有效消除了馈电线辐射泄漏及信号耦合问题，并抑制交叉极化现象从而扩展了该类天线的圆极化频宽。 3. 四馈电宽带圆极化缝隙天线设计技术。通过在接地板上开设圆形槽来实现电磁波发射并采用四条微带线路进行馈电，此类结构不仅具备良好的宽带特性还拥有双圆偏振性能。 4. 宽带圆极化微带阵列的设计研究。基于单个宽带圆极化天线的研究成果进一步探究了阵列形式的宽频段天线设计技术，并采用相位旋转式单馈电方式实现了对整个阵列的有效馈电，提高了增益并保证了一定范围内的圆形偏振频率宽度。
     
  • 单频圆形单极微带天线设计
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    本研究聚焦于单频圆形单极微带天线的设计与优化，探索其在无线通信中的应用潜力，旨在提高信号传输效率和质量。 微带天线是一种在介质基片上贴附金属辐射片，并在其背面敷以金属薄层作为接地板的天线类型。这种天线主要采用微带线或同轴馈电方式，通过金属贴片与金属接地板之间的缝隙来激发并辐射电磁场。因此也被称为缝隙天线。 尽管存在频段窄、功率容量小、损耗大及基底材料对性能影响显著等缺点，但其体积小巧、重量轻盈、低剖面设计以及易于集成等特点使其在军事和民用领域得到广泛应用。微带天线适用于100 MHz至50 GHz范围内的多种应用场景，包括卫星通信系统、指挥控制系统、导弹遥测设备及武器引信装置。 无线电引信技术可以用于控制武器弹丸的引爆时间或位置，在战场上实现更精准且高效的杀伤效果。
     
  • 基于共面波导馈电的超宽带天线设计（2012年）
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    本研究于2012年提出了一种采用共面波导馈电技术的新型超宽带天线设计方案，旨在实现更宽的工作频带与更好的辐射性能。 本段落设计了一种采用共面波导馈电的小型平面超宽带天线。该天线由树形辐射单元与共面波导组成，在保持体积小巧的同时具备工作带宽内的稳定方向特性。通过电磁仿真软件对影响性能的关键参数进行了详细地仿真、分析和优化，确定了理想的尺寸配置。经过制作并测试优化后的超宽带天线后发现其工作频段为3～11GHz，并且实测结果与仿真预测高度一致，证实了利用共面波导馈电方法设计的超宽带天线的有效性。