【摘 要】
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随着无线通信技术向着高质量、高速率、高集成、多频段、多标准和宽频带的通信方向发展,对无线通信系统射频前端的天线提出了更高的性能要求。宽带平面滤波天线不仅可以很好的满足上述需求,而且还能减少无线通信系统中天线的数量,实现系统的小型化、多功能集成以及降低成本的目标。因此,本论文开展了针对不同应用场景下的高性能宽带平面天线的课题研究,提出并研制了四款宽带平面天线,包括高选择性宽带滤波准八木天线、具有陷波
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随着无线通信技术向着高质量、高速率、高集成、多频段、多标准和宽频带的通信方向发展,对无线通信系统射频前端的天线提出了更高的性能要求。宽带平面滤波天线不仅可以很好的满足上述需求,而且还能减少无线通信系统中天线的数量,实现系统的小型化、多功能集成以及降低成本的目标。因此,本论文开展了针对不同应用场景下的高性能宽带平面天线的课题研究,提出并研制了四款宽带平面天线,包括高选择性宽带滤波准八木天线、具有陷波特性的宽带滤波准八木天线、双端射宽带滤波准八木天线和多谐振模式宽带滤波水平极化全向天线。本文主要研究工作分为以下四个方面:（1）基于功能融合技术,将传统八木天线与滤波馈电网络一体化融合,研制了一款高选择性宽带滤波准八木天线,该天线采用阶梯阻抗型馈线、L形微带线和交指结构组成宽带滤波网络,使天线在4-14 GHz的频带范围内有效激励起三个谐振点和产生四个辐射零点。天线的最大增益为6.1 d Bi,平均增益为5 d Bi,低频带外抑制能力达到了12.1 d B,高频带外抑制能力达到了10.9 d B,具有良好的滤波特性。实测结果表明天线的相对带宽为40.5%,并且该天线能够在6.72-10.13 GHz的工作频带范围内实现良好的端射辐射特性。（2）针对需要抑制杂散信号和通带内存在干扰频段的应用场景,研制了一款具有陷波特性的宽带滤波准八木天线,该天线在上述提出的高选择性宽带滤波准八木天线的基础之上,通过在阶梯阻抗型馈线上加载一对背靠背结构的开口谐振环,使天线能够在通带内产生一个频率可调的陷波阻带,进而实现陷波功能,抑制干扰信号对天线性能的影响。该天线能够在8.27-9.54 GHz频段内产生陷波特性,陷波频段内的最小增益为-11d Bi和通带内平均增益5 d Bi相比,陷波频段内的最大抑制效果达到16 d B。该天线同样具有良好的滤波特性,低频带外抑制能力达到11.7d B,高频带外抑制能力达到9.1 d B。（3）针对隧道、铁路等窄、长、直的应用场景,研制了一款双端射宽带滤波准八木天线,该天线在上述提出的高选择性宽带滤波准八木天线的基础之上,通过在“工”形馈线的两侧对称的引入交指结构、开路枝节、L形微带线、矩形辐射器、引向器和E形接地板实现双端射特性。将阶梯阻抗型馈线替换为“工”形馈线能够提升天线的阻抗匹配性能,拓展天线的工作频带。并且通过在“工”形馈线上添加开路枝节可以提升这款天线的指向性。天线的低频带外抑制能力达到15.1 d B,高频带外抑制能力达到11.8 d B,具有良好的滤波特性。实测结果表明天线的相对带宽为42.7%,并且该天线能够在6.62-10.21 GHz的工作频带范围内实现良好的双端射特性。（4）针对室内信号覆盖、无线接入点和微基站在2G/3G/4G/5G的应用场景,研制了一款多谐振模式宽带滤波水平极化全向天线,其由弧形辐射器、锥形馈线、中心金属圆盘、开路枝节、弧形槽和寄生单元组成。通过同轴馈电激励长弧形辐射器形成第一和第二谐振模式,寄生单元引入第三谐振模式,并且寄生单元能够提升天线的阻抗匹配性能,拓展天线的工作频带,短弧形辐射器形成第四谐振模式。通过在长弧形辐射器上开槽和引入开路枝节可以增加其表面电流路径,从而降低第一个谐振模式的频率。最终,实测结果表明所设计的多谐振模式宽带滤波水平极化全向天线的相对带宽为78%,并且能够在1.69-3.85 GHz的宽频带范围内实现良好的水平极化全向辐射特性。
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