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摘 要

本文提出了一种基于耦合模式谐振腔阵列的端射贴片天线（CMPA）。该天线通过控制边缘场的耦合实现了垂直极化的端射模式。天线尺寸为0.26λ₀×0.44λ₀，其中λ₀是中心工作频率处的自由空间波长。为了抑制馈电同轴电缆外不需要的共模电流，在实现过程中采用了四分之一波长的巴伦。制作的天线样品具有高选择性的双极S11响应，中心频率为2.41GHz，10dB部分带宽为2.5%。模拟和测量的模式证实了该天线的端射模式。在中心频率为2.41GHz时，测得前向端射3dB增益带宽为2.5%，其中增益为2.8dBi，前后比（F/B）为17.1dB。提出的垂直极化端射天线具有造价低廉、制作方便、结构紧凑、选择性高等优点。

关键词：贴片天线；端射；相控阵；相互耦合；滤波理论。

Design and implementation of end-fire patch antenna based on coupled resonant cavity array

Abstract

This paper proposes an end-fire patch antenna based on a coupled resonator. The antenna realizes a vertically polarized end-fire mode by controlling the coupling of fringe fields. The antenna size is 0.26λ0×0.44λ0, where λ0 is the free space wavelength at the center operating frequency. In order to suppress the unneeded common mode current outside the feed coaxial cable, and a quarter-wavelength balun is used in the implementation process. It has a highly selective bipolar S11 response with a center frequency of 2.41GHz and a bandwidth of 2.5% for the 10dB part in the fabricated antenna sample. The simulated and measured patterns confirmed the end-fire pattern of the antenna. When the center frequency is 2.41GHz, the measured forward end-fire 3dB gain bandwidth is 2.5%, in which the gain is 2.8dBi, and the front-to-rear ratio (F/B) is 17.1dB. The proposed vertically polarized end-fire antenna has the advantages of low cost, convenient manufacture, compact structure and high selectivity.

Keywords— Patch antenna, endfire, phased array, mutual coupling, filtering theory.

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 端射天线研究背景 1

1.2垂直极化端射贴片天线研究现状 1

1.3本文的行文安排 2

第二章 谐振腔以及贴片天线基础理论 3

2.1谐振腔基础理论 3

2.1.1谐振腔的概念 3

2.1.2振腔的激励和耦合 3

2.2贴片天线基础理论 4

2.2.1贴片天线工作原理 4

2.2.2馈电方式 4

2.2.3贴片天线的主要电参数 5

第三章 基于耦合谐振腔的端射贴片天线 7

3.1天线的设计 7

3.2 仿真软件的选择——HFSS软件 9

3.3天线结构原始参数对电参数的影响 9

3.4 测试最优结构参数 10

3.4.1探究改变基板长度w对电参数的影响 10

3.4.2探究基板宽度lt对电参数的影响 12

3.4.3探究基板高h对电参数的影响 13

3.4.4探究贴片宽lt对电参数的影响。 15

3.4.5探针距离坐标中心位置的距离对电参数的影响。 17

第四章 结束语 24

4.1总结 24

4.2 展望 24

致 谢 25

参考文献 26

引 言

1.1端射天线研究背景

天线是作为在无线通讯系统中的主要辐射装置,其特性的优劣与否对系统的整体功能发挥优劣具有很重要的意义。但是在当下生活中的移动通信网络系统中所涉及和使用的各种天线,其所产生的使用频率、增益和其前后比等指标之间基本是没多大差异的,因此其辐射形态已经成为了系统设计者在选定天线的类型时需要慎重考虑的一个主要影响因素。参照不同的天线在其辐射性质上的不同,我们将其划分为以下几个类型的天线。

1. 全向天线

根据它的名称我们可以清楚地得知,它的辐射方向在水平和竖向的两个方向图上都是表现为360°均匀地辐射的,虽然它没有任何的方向性可言,但在垂直的和横向的方向图上却表示出来是具有一定宽度的波束,通常波瓣的宽度越小,其表现出的增益就越大。并且目前该种全向天线在我国大型移动通信网络系统中，所使用的需要覆盖面积相对较广,而且现在一般在密集中小城市地区使用的全向天线都是采用15dBi左右的中频高增益全向天线,其中的覆盖面积适用范围大约在300~500米^[1]。

2. 定向天线

是具备方向性的，即在方向图上可以表现为仅在一定角度内的区域才会发生辐射。我们可以通过观察得到其主要会在方向图上表现出带有一定长度的波段。它和全向天线的共同点就是,随着波瓣的宽度越小时,相应的增益也会由于受到影响而变得越大。并且因为它的工作模式是定向移动通信,所以它在移动通讯系统中的覆盖面小。

3. 机械天线

所谓机械式天线是指采取一种机械方式来调节转动角度去进行移动。当它与地面进行了一种垂直式的安装以后,可以通过调节天线背面和支架位置来控制或者是改变天线倾斜的夹角。因此该天线在其辐射方向曲线上受到天线倾斜度的影响较为严重。

4. 电调天线

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