基于周期性结构的紧凑型无线通信微带天线研究

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天线作为无线通信中电磁波信号的“出口”和“入口”已经随着信息高速化发展成为了科研热点之一。市场上电子产品层出不穷使得客户对无线终端产品的要求不再那么单一,而是逐渐向体积小、携带方便、稳定性高等性能发展,于是对终端天线的性能也提出了小型、宽频以及高稳定性的要求。因此,小型、宽带、高增益天线的研究成为了近年来天线研究的热点。1.本文首先分析了电磁带隙(EBG)结构特性,将EBG单元结构等效成LC谐振电路,计算出谐振频率与单元尺寸之间的关系,改进并提出了倒“T”型双频微带天线。天线的尺寸为50×50mm2,经过理论计算得到双频工作中心频率分别为2.4GHz和5.2GHz,在中心频率为2.4GHz的频带宽度为805MHz(2.099GHz~2.944GHz),在中心频率为5.2GHz的频带宽度为831MHz(4.568GHz~5.409GHz),增益达3.1dBi,可以覆盖WLAN频段标准。加工出天线实物测试所得天线在中心频率为2.4GHz的频带宽度为761MHz(2.113GHz~2.874GHz),在中心频率为5.2GHz的频带宽度为945MHz(4.553GHz~5.498GHz),增益达2.6dBi,仿真与测试结果基本吻合。同时提出了基于EBG结构的叉形双频微带天线,经过理论计算得到基于EBG结构的叉型双频微带天线的尺寸为51.5×40mm2,双频工作中心频率分别为2.4GHz和5.8GHz,工作频段为1912MHz~2548MHz和5136MHz~6136MHz,增益达3.1dBi。两种微带天线在保持微带天线尺寸较小的情况下,带宽最高可达1GHz左右,因此EBG结构应用于微带天线控制天线尺寸的同时得到了较宽的带宽。2.针对基于互补开口谐振环(CSRR)结构的谐振原理,提出了基于CSRR结构的微带天线。为了保持统一的对比标准,设计中保持微带天线的辐射贴片尺寸不变,提出了方形、螺旋形和圆形CSRR结构的微带天线。经过理论计算得到三种微带天线的尺寸都是25×25mm~2,工作中心频率分别为5.5GHz、5.2GHz和5.5GHz,带宽分别为140MHz、255MHz和190MHz,增益分别为6.4dBi、5.8dBi和6.4dBi,将三种天线加工成天线实物进行测试,得到天线的工作中心频率分别为5.5GHz、5.2GHz和5.5GHz,带宽分别为124MHz、279MHz和178MHz,增益分别为6.1dBi、6.1dBi和5.8dBi。文章最后对于影响微带天线性能的尺寸参数做了对比分析。这三种天线使用CSRR结构作为天线的接地板结构,使得天线尺寸减小,同时增益较大,性能良好。本文所设计的天线实验和测试数据均较吻合,结果表明所设计的天线能很好的满足无线通信系统的需要。
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