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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 小型化超寬帶印刷天線
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 本文研究超寬帶天線的基本理論、參數(shù)性能和技術(shù)指標(biāo)，從圓片對(duì)稱(chēng)振子出發(fā)，設(shè)計(jì)一種采用微帶饋電的雙極平面印刷超寬帶天線。并設(shè)計(jì)了該圓片振子天線的變形形式——半圓片振子天線。通過(guò)CST軟件仿真，總結(jié)這兩種天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)天線的影響規(guī)律，最后根據(jù)仿真優(yōu)化結(jié)果，制作天線實(shí)物并進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該天線具有超寬帶特性，在3.1~10.6GHz內(nèi)，電壓駐波比（VSWR）<2.0，H面增益大于-1dB。
- 詳細(xì)介紹：
- 超寬帶天線作為超寬帶通信系統(tǒng)的重要組成部分，天線性能的好壞直接影響通信質(zhì)量，超寬帶天線的設(shè)計(jì)和研究成為天線與電波傳播領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。目前超寬帶天線朝著小型化，輕量化方向發(fā)展，以便于應(yīng)用與超寬帶通信系統(tǒng)中，另外平面化的超寬帶天線也是一種趨勢(shì)，超寬帶天線要集成到便攜移動(dòng)設(shè)備中。 本文研究超寬帶天線的基本理論、參數(shù)性能和技術(shù)指標(biāo)，從圓片對(duì)稱(chēng)振子出發(fā)，設(shè)計(jì)一種采用微帶饋電的雙極平面印刷超寬帶天線。并設(shè)計(jì)了該圓片振子天線的變形形式——半圓片振子天線。通過(guò)CST軟件仿真，總結(jié)這兩種天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)天線的影響規(guī)律，最后根據(jù)仿真優(yōu)化結(jié)果，制作天線實(shí)物并進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該天線具有超寬帶特性，在3.1~10.6GHz內(nèi)，電壓駐波比（VSWR）<2.0，H面增益大于-1dB。
作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 本文研究超寬帶天線的基本理論、參數(shù)性能和技術(shù)指標(biāo)，從圓片對(duì)稱(chēng)振子出發(fā)，設(shè)計(jì)一種采用微帶饋電的雙極平面印刷超寬帶天線。并設(shè)計(jì)了該圓片振子天線的變形形式——半圓片振子天線。通過(guò)CST軟件仿真，總結(jié)這兩種天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)天線的影響規(guī)律，最后根據(jù)仿真優(yōu)化結(jié)果，制作天線實(shí)物并進(jìn)行測(cè)試。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1.提出的印刷型超寬帶全向天線，在3-15GHz的VSWR<2，天線的尺寸僅為40mm×20mm。 2.采用新型的同軸線-準(zhǔn)微帶線-平衡微帶線的饋電結(jié)構(gòu)，在超寬帶頻帶內(nèi)解決平衡饋電問(wèn)題。 3.該天線具有H面全向輻射特性，在與極化正交的方向上的電平值要比傳統(tǒng)的單極超寬帶天線高5-10dB。 4.采用了電磁仿真軟件對(duì)天線的表面電流進(jìn)行仿真，解釋了天線超寬頻帶阻抗特性和饋電結(jié)構(gòu)的平衡饋電原理。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 隨著超寬帶通信方式的提出，工作于3.1~10.6GHz的寬頻帶天線成為了學(xué)者研究的熱點(diǎn)，本文提出的超寬帶天線由于引入的準(zhǔn)微帶線-平衡微帶線饋電方法，有效地解決了超寬帶對(duì)稱(chēng)振子天線的平衡饋電問(wèn)題。天線在3.0-15.0GHz的頻帶內(nèi)駐波系數(shù)低于2.0，輻射方向圖具有H面全向性。天線采用印刷電路板制作，實(shí)際尺寸為40×20×1.0mm3，體積很小，容易與通信系統(tǒng)集成。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 提出了一種新型的平衡微帶線饋電的圓片對(duì)稱(chēng)振子印刷天線，平衡微帶線的引入有效地解決了超寬帶對(duì)稱(chēng)振子天線的饋電問(wèn)題。天線為印刷電路板結(jié)構(gòu)，圓片對(duì)稱(chēng)振子印刷在厚度為1.0mm的FR-4介質(zhì)板的一側(cè)，平衡微帶線的一支印刷在圓片一側(cè)與一個(gè)圓片相連，另一支印刷在介質(zhì)板的另一側(cè)，與另一個(gè)圓片通過(guò)過(guò)孔相連。測(cè)量所得的頻帶寬度在3.0-15.0GHz的VSWR<2，比帶寬為5:1。天線的尺寸僅為40mm×20mm，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非常適合用于短距離超寬帶通信領(lǐng)域。
獲獎(jiǎng)情況
- 論文“小型化平衡微帶線饋電的超寬帶圓片對(duì)稱(chēng)振子印刷天線”的英文稿發(fā)表在Progress In Electromagnetics Research C, Vol. 19, 73～83, 2011(國(guó)際雜志，EI：20111013723821) 論文“小型化平衡微帶線饋電的超寬帶半圓片單極印刷天線”的英文稿發(fā)表在Progress In Electromagnetics Research Letters, Vol. 23, 157～163, 2011 (國(guó)際雜志，EI源刊)
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- [1] J. Liang, C.C. Chiau, X. Chen and C.G. Parini, “Printed circular disc monopole antenna for ultra-wideband applications,” Electronics Letters, Vol. 40, No. 20, 1246-1247, 2004 [2] Symeon Nikolaou, Nickolas D. Kingsley, George E. Ponchak, John Papapolymerou and Manos M. Tentzeris, “UWB elliptical monopoles with a recon?gurable band notch using MEMS switches actuated without bias lines,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 57, No. 8, 2242-2251, 2009. [3] R. Gayathri, T.U. Jisney, D.D. Krishna, M. Gopikrishna and C.K. Aanandan, “Band-notched inverted-cone monopole antenna for compact UWB systems,” Electronics Letters, Vol. 44, No. 20, 1170–1171, 2008. [4] L.-H. Ye and Q.-X. Chu, “Improved band-notched UWB slot antenna,” Electronics Letters, Vol. 45, No. 25, 1283-1285, 2009.
同類(lèi)課題研究水平概述
- 具有寬帶特性的最早天線是雙錐天線,首先由英國(guó)洛奇(Lodge) 在1898 年制成。它可看成是激勵(lì)TEM 模的均勻漸變線，因而其輸入阻抗具有寬頻帶特性,其帶寬主要受有限尺寸所導(dǎo)致的終端反射影響。隨后的改進(jìn)主要有：卡特(Carter) 的改進(jìn)型雙錐天線和單錐天線(1939) ，謝昆諾夫(Schelkunoff) 的球形天線(1941) ,坎多伊恩( Kandoian) 研制的盤(pán)錐天線(1945) ，布里淵(Brillouin) 的全向和定向同軸喇叭天線(1948) 等。這些天線都是三維結(jié)構(gòu)，因而體積比較龐大。到了上世紀(jì)五、六十年代，拉姆齊(Ramsey) 等人提出了一類(lèi)非頻變天線，如對(duì)數(shù)周期天線，平面等角螺旋天線等，這類(lèi)天線可實(shí)現(xiàn)超過(guò)10:1的阻抗帶寬且體積相對(duì)較小。但這類(lèi)天線是通過(guò)輻射有效區(qū)的轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)超寬帶輻射的,其不同頻率相位中心的變化導(dǎo)致發(fā)射脈沖的波形失真,因此無(wú)法滿足UWB 技術(shù)要求。
