【摘 要】
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由于隧道环境对电磁波的干扰问题,需要定向高增益的天线来满足复杂的地形特点。本文根据八木天线与印刷偶极子天线的相关理论,设计了可用于铁路无线通信的准微带八木天线,对其带宽、增益等性能参数进行了探讨;并在此设计基础上,设计了增益更高的微带八木天线、双极化定向高增益天线和双频带定向高增益天线。为了改善八木天线体积大和微带印刷天线增益比较小的缺点,设计了一款应用于铁路移动通信的定向印刷天线,工作在900M
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由于隧道环境对电磁波的干扰问题,需要定向高增益的天线来满足复杂的地形特点。本文根据八木天线与印刷偶极子天线的相关理论,设计了可用于铁路无线通信的准微带八木天线,对其带宽、增益等性能参数进行了探讨;并在此设计基础上,设计了增益更高的微带八木天线、双极化定向高增益天线和双频带定向高增益天线。为了改善八木天线体积大和微带印刷天线增益比较小的缺点,设计了一款应用于铁路移动通信的定向印刷天线,工作在900MHz频段。该天线是微带天线与八木天线相结合的结构。微带天线是变形的印刷偶极子天线,结构呈T型。两个振子同时分布在基板的上侧,在两个振子中间添加了耦合枝节结构,改善了天线的匹配特性。在印刷偶极子天线的辐射方向上添加引向振子,相反方向添加反射器,以增大天线增益。引向振子采用非均匀八木天线设计,达到了带宽增宽的目的。经过仿真设计,该天线在900MHz(885-935MHz)频段内的平均增益为9.6dBi,相对带宽达到24%,前后比大于20dB,半功率波束宽度控制在53°以内。在准微带八木天线的设计基础上,设计了应用于900MHz频段的微带八木天线,并添加了引向振子的数量。该天线通过11个引向振子的非均匀设计以及印刷偶极子天线结构的微调,实现了28.5%的相对带宽,波束宽度在40°以内,平均增益14.59dBi。通过对两副线极化微带八木天线正交放置,双端口分别馈电,封装在同一个天线罩内,实现了天线了双极化高增益辐射特性。为了降低两副天线的信号干扰,采用了合理的错位排列方式,并且对微带结构进行微调。双极化天线的相对带宽为27.6%,波束宽度在43°以内,双端口的隔离度大于26dB,平均增益14.42dBi,前后比大于20dB,有效缓解了隧道内信号的衰落问题。在偶极子天线的设计理论上,设计了一款带有微带巴伦结构的印刷偶极子天线。并利用其与八木天线相结合的方式,设计了工作于1800MHz频段的定向高增益天线。该天线拥有25.1%的相对带宽,半功率波束宽度在44°以内,平均增益14.3dBi,前后比大于18dB。在此设计的基础上,联合900MHz频段的微带八木天线,将两副线极化天线正交放置,双端口分别馈电,封装在同一个天线罩内,实现了天线在900MHz与1800MHz频段的双频工作。该双频段天线在低频与高频的相对带宽分别为23.3%与20%,平均增益14.15dBi和13.95dBi,半功率波束宽度小于41°和45°,具有较高的增益和定向能力,可以有效解决隧道内的双频工作问题。
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