超宽带双线极化锥削缝隙天线设计与实现

摘要

经济的发展促进了商用无线电设备和个人消费电子的快速发展,随着技术的不断升级,无线设备的集成度也越来越高,伴之而生的系统内部器件间以及多个无线设备间的电磁兼容问题也引起了工业界和学术界的重视。为了解决这类问题,首当其冲的便是对无线设备整机的电磁兼容测试以及对其重要组件之一的天线进行测试。为了提高测试精度和测量效率,要求测试系统的源天线具有超宽带双极化的特性。锥削缝隙天线(Tapered Slot Antenna)具有剖面低、高定向性、成本低等诸多优点,可以作为该类测试天线的重要备选方案。论文以超宽带双极化锥削缝隙天线为研究目标,对拓展其工作带宽、改善极化纯度、提高端口隔离度和提高方向性的方法进行了深入研究。论文的主要研究成果包括:
　　1.对不同结构的槽线的宽频带性能进行了研究。分析了不同槽线在宽频带范围内的阻抗特性和辐射特性。在此基础上,设计了一种在超宽频带范围内具有恒定低阻抗的双面槽线,解决了传统槽线阻抗过高且随频率色散严重,不利于匹配的问题。
　　2.设计了两种用于锥削缝隙天线馈电的超宽带同轴线到双面槽线转换器。利用低阻抗双面槽线和本文提出的“心形”槽线腔体,所设计的双面槽线转换器获得了实测23倍频的工作带宽。在此基础上,进一步提出了一种同轴连接器到槽线转换器间的全屏蔽互连设计,工作带宽达28倍频,并有效改善了馈电结构与天线之间的电磁兼容问题,提高了天线的极化纯度。
　　3.设计了两种覆盖0.7–20GHz频带范围的锥削缝隙天线单元。基于本文所提出的双面槽线转换器,采用边缘截断补偿技术,本文所设计的双面锥削缝隙天线在极宽频带范围内具有良好的匹配特性、定向性和较高的极化纯度,并解决了传统锥削缝隙天线在高频端主波束分裂的问题。
　　4.提出并设计了一种非对称超宽带双极化锥削缝隙天线。分析了不同单元间距对天线单元性能的影响,仿真计算了由非对称结构所引入的双极化相位差。实验表明,该天线在0.7–20GHz范围内继承了单个极化单元的全部优良性能,还获得了优于30dB的端口隔离度。

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第一章 绪 论

§1.1 研究背景和意义

§1.2 国内外研究现状

§1.3 论文的主要研究内容及结构安排

第二章 天线的基础概念和相关参数

§2.1 天线的电性能参数简述

§2.2 表面波天线的基本工作原理

§2.3 本章小结

第三章 超宽带槽线转换器设计

§3.1 引言

§3.2 常用槽线的宽频带特性分析

§3.3 基于常阻抗槽线的超宽带微带-槽线转换器

§3.4 本章小结

第四章 超宽带锥削缝隙天线研究与设计

§4.1 引言

§4.2 超宽带锥削缝隙天线分析与设计

§4.3 全屏蔽馈电的锥削缝隙天线设计

§4.4 本章小结

第五章 超宽带双线极化锥削缝隙天线设计

§5.1 引言

§5.2 天线设计与实验结果

§5.3 结果讨论

第六章 结束语

§6.1 论文的主要研究成果

§6.2 进一步的研究和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果