开口谐振环型多频天线结构的研究

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随着通信技术的日益发展,对于无线通信网络的要求也逐渐提高,只能应用于单个频段的天线难以应对未来无线通信应用的需求,所以研究可同时工作在多个频段天线对无线通信领域有着重要的应用价值。开口谐振环(Split-ring resonator,SRR)结构是一种在磁性超材料应用中的典型结构,它在电磁应用领域有着悠久的研究历史,通过在天线中加载开口谐振环结构,能够有效实现包括小型化及多频化在内的多种功能需求。本文基于开口谐振环设计了几款多频微带天线及多频陷波超宽带天线,工作如下:设计了一款刻蚀开口谐振环结构的七频微带天线。天线通过共面波导微带线馈电,印刷在大小为43×40×1.6 mm~3的FR4介质基板上。天线的多频特性分别由刻蚀在导电基板上的的环形槽带、电偶极子结构、开口谐振环结构、交指电容谐振器结构和U形槽实现。天线经过加工和测试,其结果表明该天线能够工作在WLAN波段,Wi MAX波段,卫星通信C波段,IMT-2020(5G)通信波段,Wi MAX波段和X波段的同时具有良好的辐射特性及稳定的增益。设计了一款七频陷波超宽带(Ultra-Wideband,UWB)柔性天线。天线是由一个椭圆形辐射贴片和共面波导接地面组成,印刷在大小为38×40×0.5 mm~3的F4B介质基板上。通过在天线的辐射贴片以及在共面波导接地面上刻蚀7个不同的开口谐振环结构,在工作范围内有效抑制了七个不同的窄带频段。同时,通过分析天线的阻抗特性曲线,提出了天线的等效电路模型。天线经过加工和测试,测试结果显示该天线的工作范围覆盖整个超宽带频段(3.1GHz-10.6GHz),并由于基板材料性能及基板厚度拥有一定的延展性,同时在工作范围内具有良好陷波特性与辐射特性以及稳定的增益。设计了一款五频陷波超宽带多输入多输出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)天线,天线印刷在尺寸为38×29×0.8 mm~3的Rogers 5880介质基板上,由两个相同辐射元件和一个公共接地面组成。该天线通过在辐射元件上刻蚀三个不同的开口谐振环结构成功抑制了Wi MAX波段、WLAN波段、卫星通信C波段的干扰,在微带馈线附近耦合两个不同的U形寄生支节成功抑制了X波段、RN波段的干扰。在公共接地面上通过刻蚀凹形槽和弧形槽扩宽了天线的工作带宽并提高了天线元件间的隔离度,通过分析天线的特性阻抗曲线绘制天线的等效电路模型。天线进行了实物加工和测试,测试结果与模拟仿真结果吻合度较高,测试结果显示该天线具有超宽带特性,并在工作范围内具有五个明显陷波频段整体隔离度也大于27d B,包络相关系数小于0.05,同时具有良好的辐射性能以及稳定的增益。
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