隨著無線技術的不斷革新,通信方式更加便捷,無線電頻譜的劃分更加密集,通信環(huán)境更加復雜,實現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的“輕便化、多功能和高性能”成為亟待解決的問題。其中,實現(xiàn)射頻前端小型化最大的障礙是濾波器和天線的尺寸,濾波器的小型化技術最近幾年雖然有一定程度的發(fā)展,但是天線由于自身工作原理的限制,很難較好地實現(xiàn)小型化。傳統(tǒng)上,射頻前端的濾波器與天線各自分開設計,二者通過同軸線、波導或微帶傳輸線直接連接。這種直接級聯(lián)的方式可能會造成濾波器和天線端口不匹配,需要引入匹配電路,這樣會使得電路系統(tǒng)更加復雜,尺寸變大,效率降低。即使級聯(lián)后天線與濾波器阻抗匹配良好,二者之間的結構也可能存在較大的差異,不利于系統(tǒng)集成。因此,兼具輻射、濾波和平衡變換功能的濾波天線,由于其緊湊的融合結構和更高的效率而備受國內外學者的關注。本文對發(fā)展濾波天線的緊迫性與重要性進行了說明,回顧了濾波天線的發(fā)展過程,簡明介紹了幾組現(xiàn)有濾波天線的結構與性能,總結歸納了濾波天線的設計方法以及各自的優(yōu)越性和側重點。本文分別從寬頻、多頻、圓極化等角度出發(fā),設計了三款結構緊湊、選擇性好,輻射穩(wěn)定的微帶濾波天線。首先,本文提出了一款用于LTE通訊的小型化低剖面寬帶濾波天線。該天線基于在輻射貼片上開縫實現(xiàn)陷波的方法,在視軸增益曲線的上下邊頻處分別引入輻射零點,使其上下邊頻陡峭。通過加載短路柱和刻蝕縫隙實現(xiàn)多模諧振,拓寬了其阻抗帶寬,使之相對帶寬達到了25.3%左右。接著,利用刻蝕縫隙的方法延長了輻射器表面的電流路徑,實現(xiàn)了該天線的小型化,使其尺寸縮減了65%以上,并抑制了交叉極化和副瓣電平。文中對所設計天線結構改進前后的匹配、濾波和輻射性能進行了對比,分析了各個結構改變對其性能的影響。該天線工作頻帶寬,方向圖穩(wěn)定,視軸增益帶內平坦,邊帶陡峭,帶外擁有3個輻射零點,抑制較高,具有良好的帶通濾波特性。其次,本文設計了一款應用于無線局域網(wǎng)絡(WLAN)和全球互通微波訪問(WiMAX)通訊的低剖面三頻濾波天線。該天線基于天線取代耦合濾波器輸出端口實現(xiàn)濾波天線的方法,使用三組輻射貼片置換了一個三通帶濾波器的輸出端口,從而得到了一款三頻濾波天線。該天線利用開路枝節(jié)諧振器和電磁混合耦合在天線視軸增益曲線上引入了五個輻射零點,提高了天線的邊帶選擇性;通過合并貼片諧振模式與濾波器的諧振模式在三個通帶內均實現(xiàn)了雙模諧振,拓寬了各個頻帶的帶寬。該天線上的三組輻射貼片采用了共口徑設計,結構緊湊,僅采用一層結構,剖面高度低(0.02λ_0),易于加工。它的低、中頻帶內增益平坦,輻射方向圖穩(wěn)定,帶外擁有五個輻射零點,具有較好的帶通濾波特性。最后,本文提出了一款高性能的圓極化濾波天線。具體設計方法為:首先,在微帶貼片天線的輻射器上刻蝕縫隙實現(xiàn)了通帶兩側均有輻射零點的線極化濾波天線單元,接著基于順序旋轉饋電實現(xiàn)了一個圓極化濾波天線陣列,最后通過加載耦合帶通濾波器進一步改善天線陣列的濾波性能。該天線陣列結構緊湊,剖面高度低,視軸增益在通帶內十分平坦,帶外抑制度高,曲線矩形度高,濾波性能良好。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN822
【部分圖文】：

的阻抗匹配，天線單向輻射，輻射效率高。該天線雖然一定程度上實現(xiàn)了二者整體的小型化，但是天線饋電線過長，結構不夠緊湊。圖1.1 集成有帶通濾波器的貼片天線[22]2006 年，Lee 等人設計了一款采用 LTCC 材料工作于 V 波段的濾波天線陣列[23]，

加載增加了天線整體的體積和重量，并且引入了插入損耗損致使能量傳輸效率降低。（a）濾波天線陣列的三維視圖 （b）濾波天線陣列的側視圖圖1.2 采用 LTCC 的濾波天線陣列[23]2007 年，Troubat 等人提出了一款濾波天線設計[24]。該濾波天線基于復合微波電路相互綜合的方法，具體結構如圖 1.3 所示，該設計利用一段匹配結構連接了矩形腔體濾波器和縫隙天線，使濾波器和天線的端口阻抗得以匹配，完成了二者的融合設計構成濾波天線。該設計雖然一定程度上實現(xiàn)了濾波器和天線的集成，但是因為二者的結構相差甚遠，導致占據(jù)的空間體積過大，很大一部分空間未能得到有效利用。濾波器和天線之間阻抗匹配結構的引入，也使得濾波天線整體結構更加復雜，體積與重量圖1.3 基于復合微波電路相互綜合法的濾波天線[

結構相差甚遠，導致占據(jù)的空間體積過大，很大一部分空間未能得到有效利用。濾波器和天線之間阻抗匹配結構的引入，也使得濾波天線整體結構更加復雜，體積與重量圖1.3 基于復合微波電路相互綜合法的濾波天線[24]
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本文編號：2840374