一种新型寄生耦合结构加载的宽带小口径微带天线,本文是微带天线方面有关本科论文开题报告范文与耦合和寄生和口径微带天线有关本科论文开题报告范文.
微带天线论文参考文献：
【摘 要】 研究了微带天线小型化和方向图修正方法,设计了一种新型加载寄生耦合结构的微带天线.首先,采用空气介质的微带天线能有效降低损耗,同时采用天线末端接地的方法减小天线尺寸；其次,利用蘑菇型探针耦合馈电结构增加天线带宽；此外,在天线辐射端的周围加载均匀放置的寄生金属柱,进一步缩小天线尺寸以及校正天线辐射方向图.仿真结果表明,天线尺寸为Φ160mm×100mm,中心频点为475MHz,相对带宽可达32.9%,频带内天线方向系数大于0dBi 的波束宽度可达120°以上.
【关键词】 寄生加载 宽带小口径 耦合馈电 微带天线
A Novel Broadband Small Diameter Microstrip Antenna With Parasitic Coupling Structures
XIANG Guo-ju (Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036, China）
Abstract: The method of band broadening and pattern correction for a microstrip antenna is s tudied. A novel microstrip antennawith parasitic coupling structure is designed. First of all, using air as supporting substrate of microstrip antenna can effectivelyreduce the loss, while connecting the antenna terminal to the ground to reduce the antenna size. Second, the structure ofmushroom-type probe coupling feed can increase the antenna bandwidth. In addition, the parasitic metal pins are placed aroundthe antenna radiation side to further decrease the size of the antenna and correct the antenna radiation pattern. The simulationresults show that the antenna size is Φ160mm × 100mm, the center frequency is about 475MHz and the relative bandwidth is upto 32.9%. The beam width of antenna with antenna orientation coefficient greater than 0dBi in the frequency band can reach morethan 120 ° .
Keywords: parasitic coupled; broadband all diameter; coupling feed; microstrip antenna
一、引言
微带天线具有剖面薄、体积小、重量轻、能与有源电路集成的优点,被广泛应用在无线通信和医用可穿戴设备[1][2][3].近些年来,微带天线的宽频带技术引起了众多学者的研究兴趣,并提出了多种实现微带天线宽频带的手段[4][5][6][7].如,在微带天线的地板上蚀刻多个环形谐振缝隙,研究表明加载9 个环形谐振缝隙之后,天线的工作带宽从4.2%提升至26.3%[8],但是提出的这种微带天线的尺寸较大,为0.468λ0×0.676λ0×0.21λ0；一款临近耦合馈电的扇形微带天线,通过改变扇形的角度来改变贴片的谐振模式,天线相对带宽可达70% 以上,同样的天线的口径难以缩减,天线尺寸为Φ0.56λ0×0.12λ0[9].
本文采用空气介质、末端接地、蘑菇探针临近耦合馈电以及寄生接地金属柱加载相结合的方法,提出一款工作于UHF 频段的新型微带天线,该天线具有宽带、小口径、宽波束和结构简单等优点.采用空气介质可以有效减小介质损耗,提高天线效率；同时,将微带天线的末端接地,构造电势零点,可以将天线尺寸减半；蘑菇探针临近耦合馈电可以有效增加天线带宽；最后,在微带天线辐射边周围加载寄生接地金属柱不仅可以降低天线工作频段,还能补偿因口径缩减和弹体绕射引起的方向图畸变,使天线在较宽的工作频带内实现宽波束辐射的特性.此外,本文的天线材质均采用铝合金,有效降低了天线的加工成本.
二、天线设计由微带天线的理论[10] 知识可知,微带天线的谐振长度计算公式为：
其中,λ 为真空波长,εe 为有效介电常数,Δl 为延伸长度.因此,对于空气介质微带的天线,天线长度接近半个真空波长.为了缩减天线口径,将微带天线的末端接地,构造电势零点.图1 为末端接地后微带天线电场变化情况,通过末端接地,谐振长度约为四分之一个波长的微带天线可获得和原先相似的电场分布,天线尺寸得以减半.
为了实现宽带特性,微带天线采用蘑菇型探针进行耦合馈电.图2 为微带天线馈电示意图,馈电探针顶部为直径为R2 的金属圆盘,通过电磁耦合给上面接地的方形辐射金属片馈电.
考虑到提出的微带天线地板口径很小（只有λ0/4）,容易受到电磁波绕射的影响,图2 的天线方向图偏头严重,无法实现宽波束覆盖.在微带天线的主要辐射边周围加载接地寄生结构,以校正天线方向图.此外,寄生结构的加载还能有效降低天线工作频段,实现小型化.图3 为提出的微带天线的三维结构图,天线安装在金属弹体头部,寄生金属柱为头部六棱柱的针形,金属柱均匀分布在圆心为O,半径为R4,张角为252°的扇形上,相邻金属柱夹角β 为18°.
三、仿真分析
使用电磁仿真软件HFSS 对天线进行仿真分析.图4 给出了未加载寄生金属柱微带天线的性能.天线工作频带为501MHz~650MHz,相对带宽25.8%；从辐射方向图曲线中可以明显看出方向图畸变明显,E 面方向图往辐射边偏头,H面方向图往弹体方向偏,天线难以实现宽波束覆盖.
为了补偿因地板过小和电磁波绕射对天线辐射的影响、校正微带天线的辐射方向图,在天线辐射边周围加载寄生金属柱.寄生金属柱的引入,一方面反射了部分往辐射边方向辐射的电磁波,校正原先偏头的E 面方向图；另一方面,寄生金属柱能够和天线近场耦合,降低天线的谐振频率,一定程度上实现了小型化.
在天线设计过程中,调节蘑菇型馈电探针的高度、位置、圆盘直径,金属辐射片的宽度,寄生结构的高度以及和天线的距离可以显著调节天线的谐振频率、改善天线匹配性能.仿真时,弹体的直径设为160mm.表1 为优化后的天线结构参数.
图5 为提出天线的|S11| 仿真曲线,天线工作频带为396MHz~552MHz,相对带宽32.9%.和未加载寄生金属柱的微带天线相比,天线的工作带宽提升明显；此外,天线的中心工作频点往低频偏移101.5MHz,天线小型化效果显著.
考虑到天线的工作频带较宽, 图6 给出了天线在425MHz、475MHz 和525MHz 频点处的辐射方向图曲线.从图中可知,提出的天线在E 面和H 面的波束宽度都很宽且在以上三个频点处&plun;60°的波束范围内,天线方向系数均超过0dBi.同时,随着工作频点的上升,E 面方向图往辐射边偏头,加载的寄生金属柱在一定频带内能起到方向图校正的作用；H 面方向图在整个频带内均能保持良好的对称性.图7 为提出天线的法向增益曲线,受到方向图逐渐偏头的影响,天线的法向增益逐渐降低,在工作频段内（|S11| ＜ -10dB）,天线法向增益曲线总体较为平滑且值大于0.2dBi,提出的天线在较宽的频带内具备良好的辐射特性.
四、结论
设计了一款工作于UHF 频段的寄生结构加载的空气介质微带天线,具有宽带宽波束小口径性能,利用空气作为天线介质减小天线损耗,同时,采用末端接地方法使天线谐振长度减半；其次,使用蘑菇型探针为微带天线耦合馈电展宽天线带宽；最后,使用寄生金属柱加载在天线辐射边周围,校正因地板过小和电磁波绕射引起的方向图畸变、实现天线小型化.天线整体结构为全金属结构,可降低天线的制作成本.
参 考 文 献
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该文总结，上文是适合不知如何写耦合和寄生和口径微带天线方面的微带天线专业大学硕士和本科毕业论文以及关于微带天线论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.
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