小型化超宽带与极宽带印刷天线

为满足信息战电子对抗系统、电磁兼容和UWB无线通信等国民经济和军事应用的迫切需求,本论文对小型化超宽带印刷天线作了较深入的研究。针对天线的小型化、超宽的阻抗带宽、全向辐射特性以及带阻功能等需求,提出了多种不同结构形式的平面超宽带天线,并做了电磁仿真与实验验证。论文主要包括以下四方面创新性成果: （1）为了实现超宽带印刷单极天线,通过分析椭圆单极天线上的电流分布,提出了带孔的椭圆单极天线,并采用了由渐变到均匀的共面波导馈电形式。实测结果表明,天线获得了24.1:1的比带宽（VSWR≤2）,覆盖频率范围0.44～10.6GHz,在工作频段上可实现较稳定的全向辐射。 （2）为实现小型化和极宽带宽,提出了半椭圆单极天线,并将新型液晶聚合物（LCP）材料应用于印刷单极天线的设计中。通过分析主要参量对天线性能的影响以及优化设计,实验结果表明,半椭圆单极天线不仅具有25.7:1的驻波比不大于2的极宽带特性,在工作频段上实现较稳定的全向辐射,而且电尺寸较小,为0.21λl×0.11λl,其中λl为天线最低工作频率的自由空间波长。而采用LCP材料优化设计的天线,获得了超过30:1的极宽带宽,面积只有0.18λl×0.13λl,且更适合于与其它部件的电子封装及集成。 （3）以椭圆单极天线为设计原型,提出一种新型的半单极印刷天线结构。通过分析优化结构参数及修正金属地板形状,设计出了物理尺寸为其原型天线43%的半单极印刷天线。测试结果表明该天线具有比带宽达25.9:1的极宽阻抗带宽和近似全向的辐射特性,测量的驻波比不大于2的阻抗带宽覆盖了从0.795GHz到20.6GHz频段。 （4）为了避免UWB系统对无线局域网（WLAN）系统的干扰,通过在辐射贴片上开一个U形缝隙,设计了一种具有频带阻断特性的超宽带矩形印刷单极天线。缝隙各参数对频带阻断特性影响的分析表明,频带阻断特性可通过控制U形缝隙的位置来实现,而通过调整缝隙的长度和宽度可以改变所阻断频带的位置及带宽。实验结果表明所设计的天线实现了5.07GHz到5.85GHz的阻带特性,且具有阻抗带宽达15:1（0.595GHz～8.95GHz）的超宽带特性。