低升角LTCC四臂螺旋天线的研究

摘要

传统天线与先进的工艺技术相结合，是天线发展的重要趋势之一。低升角的LTCC四臂螺旋天线具有轴向长度短、加工简单、易于安装等优点，这对纤薄化的手持设备来说尤为重要。但是现有的四臂螺旋天线的轴向长度较长，无法满足LTCC工艺的要求。论文针对降低四臂螺旋天线的升角进而降低其轴向长度的问题，进行了研究分析、设计以及验证。论文研究的主要内容如下:
　　1、研究了电小天线的Q值理论，给出了电小天线的带宽与尺寸的关系；研究了四臂螺旋天线的环-偶极子等效模型，并对模型进行了理论分析和公式推导，证明了该模型具备四臂螺旋天线的辐射特性——圆极化和心形方向图；
　　2、结合介质谐振天线的理论，在HFSS仿真软件中建立对应的圆柱介质谐振式四臂螺旋天线的实物模型，得出天线的辐射特性，验证了模型的有效性；并对介质柱的形状和馈电阵子进行了变形改造，使之符合LTCC工艺的要求；
　　3、提出了在介质谐振天线中加载短路柱的方式减小天线体积，研究出短路柱影响天线谐振频率的因素；给出了εr=100的高介电常数的介质谐振天线的设计方案，大大减小了初始设计的介质谐振式四臂螺旋天线的体积，仅为其体积的1/8；
　　4、提出了利用馈端短路加载的方式降低四臂螺旋天线的升角，由此设计出两款低升角的四臂螺旋天线——叠层式四臂螺旋天线和组合式四臂螺旋天线；
　　5、利用HFSS仿真软件进行天线性能的验证，通过提取天线的输入阻抗计算出天线的Q值，进而根据电小天线理论公式得出理论带宽，与天线实际带宽作对比，验证了计算方法的有效性；
　　6、在四臂螺旋天线底面设计出了小型化的具有移相功分功能的馈电网络，使得天线和馈电网络实现了一体化，并将其与90°电桥类的移相功分网络馈电的四臂螺旋天线的性能作对比，给出两种馈电网络的优缺点。

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第一章 绪 论

1.1 四臂螺旋天线的发展历程及研究的意义

1.2 LTCC技术的工艺流程及优势

1.3 LTCC天线的发展现状

1.4 本论文的结构安排和创新之处

第二章 天线设计的基本理论

2.1 电小天线的理论

2.2 介质谐振天线的理论

2.3 四臂螺旋天线的理论

2.4 本章小结

第三章 低升角介质谐振式LTCC四臂螺旋天线的设计

3.1 介质谐振式四臂螺旋天线

3.2 介质谐振式LTCC四臂螺旋天线

3.3 小型化移相功分网络的设计

3.4 小型化介质谐振式四臂螺旋天线

3.5 本章小结

第四章 低升角叠层式LTCC四臂螺旋天线的设计

4.1馈端短路式四臂螺旋天线

4.2叠层式LTCC四臂螺旋天线

4.3小型化移相功分网络的设计

4.4 本章小结

第五章 低升角组合式LTCC四臂螺旋天线的设计

5.1组合式四臂螺旋天线

5.2馈端短路式LTCC四臂螺旋天线

5.3小型化移相功分网络的设计

5.4天线实测结果及分析

5.5本章小结

第六章 全文总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果