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无线通信中宽频带小型化及新型光子晶体微带天线研究





近年来随着移动通信技术的飞速发展和集成电路的高度集成化,有力地推     

动了 现代通信天线向 小型化、宽频带、多功能( 多频段、多极化) 方向发展,因 的
此设计出小型化、 宽频带及多功能的微带天线已成为当前国际天线界研究的前沿

课题之一, 本文对宽频小型化微带天线的分析设计, 作了比较系统的理论与仿真
实验研究, 设计了几种新型宽频带小型化微带天线, 带宽超过了百分之四十, 较 一般常规微带天线频带拓宽了数十倍。另外,本文还设计了一种双频微带天线, 通过贴片开槽、尾端折叠的方法 ,使得天线尺寸减小,同时实现 了应用于

G M90 C 10 通信系统的双频微带天线,具有一定的使用价值。 S 0/ S80 D 同时本文还研究了新型光子晶体结构在微带天线中的应用,对光子晶体结     
构作了介绍和分析, 设计了一种新型接地板光子晶体微带天线, 仿真结果证实了

这种结构对提高微带天线增益及有效抑制表面波的有效性。 同时, 本文还研究比 较了 接地板开槽结构对于天线的带宽、 谐振频率、 辐射方向图等重要参数的影响, 仿真实验取得了比 较理想的结果, 这为以后进一步深入研究探索高性能微带天线
奠定了基础。

本文的仿真数据都是采用 A sf公司的高频仿真软件 H S 8      no t F S. 0计算得到 的, 该软件的计算原理是基于有限元算法, 其对高频电磁场仿真结果的有效性和
正确性得到了研究人员的广泛认可。

关键词:微带天线,宽频带小型化,光子晶体(B) PG天线,HS FS

ABS                          TRACT
I r et  s i h a dvl m n o oi cm ui tn ad       er wt t f t e p et m be  m n aos  t n  n ya , h  s e o e c e  f  l o ci n h e h h eri o iere cci,  m dm  m ui tn t n  e i i g tn  n g t ius t oe c m n ao a e a a g n ao f  a d  t h t t r e  o c i n ns r r u e t b b abn,  pc ad  l ucoa ( ui euni, l e id  e  dad cm at  m t ntnl  l fqec sm t q r o  r o o n ui i f m tr - e ui - pli tn) co i l t ds n h bodadcm at  m l ucoa o raos A cr n y h e g ot r bn,  pcad  t ntnl az i .  d g ,  i f  a e  e  o n ui i f
mc si at n ibcmn oe h m savne sbeti t i e aoa iotp e a  eo i n o t ot acd jc n  n r tnl r r n n s  g  f  e  d u s h t i e  n

at n r e c fl. h pprds n a w la ssm t t oecl  i n na  a h d I ts e e gs  e s t ac  ri s d s e e r i n  a ,  s e i i s l y e i h ta t e e u o t b abn ad m a mc si at n ad l o s u tn a f  r dad  c pc iotp  e a  a  f  li s  h o e  n o t  r r n n n o t  i ao r m e p s t . e l e b abn ad  pc mc si at ns  ds nd r e e Svr nvl  dad  cm at r tp e a a ege, en d e a o r o n o io r n n r i e 
s u t rsl so tat bnwd io e 4 pr n,  te  d ih a i le e t hw  t  ad i h  vr  e etad  bnwd s  m a d u s  h h e  t s  0  c n h a t r e

epne 1 t e t n  m o mc w v at ns A  ul fqec xadd  i s a c m n io ae  e a.  d b r uny 0  m h o r nn o e  e mc w v at n idsnd h ppr  e.  d es n h at n i io ae e a  e ge its ea w lT e  ni o t n na  r n n s i n  a s l h i o f  e s i m e 

d r s b ld s ta oea e tla t dulfqe y r t e e e y  e ls  v lpd ,  h ob r un mc s p c a d  o d  n rp a n e  e  c ion a o d  i d  e
at n t t  b ue i GM0 c10 m nao ssm  r le,  o n na  cn  s n  9/ s 0c uitn t i e i dii f e h a e d  S 0 8 o a D m ci y e s  z t  a s  s e ul ui ieg er g o f t l s g  ni en. m a ay  n  n i c n Te  l tn o e ny  e pd  t i adg     aos r et dvl e po n bn- p伊B ) c r o h apc i f  l e o pi c h o c  a G sute n t u s  r
t at ns  peet ad  u t a w l T e G  ut e a i rdcd h n na a r n d  s le s  l h P s c rs  n oue e e r s e n i a d  e .  B t u r t e  m r e 

ad  l e fsy t n  oe mc s p  en wt gon E G  ut e  n aa zd  t,  a  l  r t at a h  ud  s c r i ny il h r e nv io r n n i r i B t u s r

ds ndT e us s u tn i t e etee o t s c r ad  ege.  r l o i li vry  fcvns f  t t e  t i h e t f  ao ef h f i s  h r u n h s m e  e  u e ip vm n o t gi ad  pe t sr c w v o at n .  roe, m r e et  h a n s r s  uf e  e  ne a Moevr o f  e  n  u s h p e  a a f n
i e i t n o t add  t o g ud f ec o teky r e r o n sg i s  h d e s s  r n i une  h e p a t s  v t ao f  e  l n o o n l n  am e f s  e  t eo m c siat n a peet ,uh t bnw d ,  nn 斤 q ec,  ad iotp e a  rs e sc a h ad i hrs at eunygi n r r nn r e  n d a n  d et i ad o . ay  stfd u s  gt n sm sge i av e i cv y  s n Fnl t ase r l a o ad  e gsv di r i t n o  i l h ii e t r ,  o u t e  c e s e 

ad  r er d et n  g e. n te  a h  co a i n h e c i i r v s r e 

I ts  r h e l o i li s  o pt b h no F S.      e t r us s u tn a cm u d  t A sfH S8 n  pp ,  s t f  ao r h a i e  m e  e y  e  t  0 w i bs o f i e m n m t d i ri iy d  etee i w l h h  e n  t l et  h ,  ea l a e cvns s  l c a d  i e  n e e o t lbi n f i s  e s  t f
dm ntt b i et a r e osa d  n sgt s re y  i o . v K y rsmc siat n; dad  cm a ;  oibn- p G e w d: r tp n nab abn ad  pc po n a g ( ) o io r e r o n o t ht c d a P B
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原创 性声 明
本人声明:所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。      ’ 除了文中特别加以标注和致谢的地方外, 论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。 参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何
贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。



名:

期 s3一 0 7 铸 日 Lo--

本论文使用授权说明
本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定,即:     
学校有权保留论文及送交论文复印件,允许论文被查阅和借阅;学
校可 以公布论文的全部或部分内容。 一

(      保密的论文在解密后应遵守此规定)

签 名:

导签: 师名 憾

日期

:c  ) vs 长口 ·

上海大学硕士学位论文

第一章 序 论                   
随着全球通信业务的迅速发展,      作为未来个人通信主要手段的无线移动通信
技术己引起了人们的极大关注, 在整个无线通讯系统中, 天线是将射频信号转化

为无线信号的关键器件, 其性能的优良 对无线通信工程的成败起到重要作用。 快 速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能 ( 多频段、多极化) 、 高性能的天线。 微带天线作为天线家祖的重要一员, 经过近几十年的发展, 经 已 取得了可喜的进步, 在移动终端中采用内置微带天线, 不但可以减小天线对于人 体的辐射, 还可使手机的外形设计多样化, 因此内置微带天线将是未来手机天线
技术的发展方向之一, 但其固有的窄带特性 ( 常规微带天线约为 2 %左右) 在很 多情况下成了制约其应用的一个瓶颈, 因此设计出具有宽频带小型化的微带天线 不但具有一定的理论价值而且具有重要的应用价值, 这也成为当前国际天线界研

究的热点之一。本论文的主要工作就是研究这类天线的有效设计与数值仿真分
析,以及新型光子晶体结构在微带天线中的应用。

11 .  微带天线简介 早 15 年Dshms1      ecap( 就提出了 在 93 」 微带辐射器的概念。 最初, 人们在研究
微带电路时发现无论采取何种技术都无法避免或消除微带传输线的辐射损耗( 因
为它是半开放式结构) ,事物的往往总是具有两面性,最后人们就设法利用这种 辐射特性, 于是微带天线就这样诞生了。 最简单的微带天线型式由在介质基片一

面的一块辐射贴片组成,基片的另一面具有接地平面,如图 1 所示。

R d t g t                                  a ii P c an a h

Gr u d ln o n Pa e Dilcr S b t t ee tc  sr e i u a

图1 微带天线外形

但是由于当时技术条件所限,直到上世纪 7 0年代才制作出实用的微带天线。近 ‘

I 学 学 论 海大 硕十 位 文

_

年来, 上世纪8 年代, 但自 0 随着具有低损耗以及优良机械性能的介质材料应用,

以及光刻技术的发展, 使得微带天线得到迅猛发展。 此后, 大量关于微带天线研
究的论文出现在国内外各种科技期刊中,同时有关微带天线的专著也相继问世,
例如 《 irsrp tna sg Hnbo), (adok  Mcoti Mcoti A en D in  dok n e a ) ( nbo o irsrp H f 

Atna), 《 nens ) 微带天线》 《 , 微带天线理论与工程》等。
作为小型化、      集成化的线天线主角, 微带贴片天线以其三维结构的灵活性受 到各种不同设计目 标的全方位开发。 它既可单独用于手机天线、 医用辐射器等场

合, 也被广泛用作各种阵列天线的单元: 在工程设计中以型式多样而取胜, 又多 见于被电磁场数值分析用作典型实例。

Els l e i p

豁 、

E ua r qit a le l Ti g r nl a e

图21 - 儿种实际使用的微带贴片天线型式

图2 几种实际使用的微带行波天线型式 - 2

上海大学硕士学位论文

窄缝

宽缝

圆形缝                    圆环形缝 图23                    - 几种实际使用的微带缝隙天线型式

微带天线分为三大类:微带贴片天线 ( 21,微带行波天线 ( 22,      图 -) 图 -) 微带缝天线 〔 23。此处,微带贴片天线是指谐振式微带贴片天线。这种天 图 -) 线最大的特点是效率高, 但阻抗频带较窄。 微带缝天线的带宽比微带贴片天线要 宽, 特别是宽矩形缝, 但此天线在要求单方向辐射时, 厚度比贴片天线要大。 另

外, 分析和设计这种天线要比贴片式天线困难些, 限制了其应用范围。 微带行波
天线可以获得比较大的带宽, 但这种天线的效率较低并且在分析方法上还不很成 熟, 因此其应用范围不很广泛。 微带贴片天线以其相对高效率以及分析方法成熟 而得到广泛的应用, 但由于这种天线的带宽较窄, 使其应用领域受到限制。 微带 贴片天线除应用于军事方面外, 还可以应用于移动通信系统、 卫星通信系统、 全 球定位系统和远程遥感系统。 应用于移动通信系统, 可以作为手机天线与手机机
身共型, 作为内置天线, 从而解决了鞭状天线的功率低、 不易于携带和电磁辐射

对人脑的影响等问题。 另外, 微带天线设计上的多样性在某种程度上己 经超过了
其他任何一种天线型式。微带天线的优点主要是: a低剖面,体积小,重量轻; .

b具有平面结构,并可制成与导弹、卫星等载体表面共形的结构; . c馈电网络可与天线结构一起制成,适合于用印刷电路技术大批量生产; . d能与有源器件和电路集成为单一的模块: .

土海大学硕上学位论文 _

e便于获得圆极化,容易实现双频段、双极化等多功能工作。 ,
它的主要缺点是: a频带窄,一般仅约为 2 . %左右;

b功率容量较小,一般用于中、小功率场合; .
c性能受基片材料影响大; .

d只能向半面辐射。 . 12 外研究微带天线的宽频带技术 . 国内
微带天线的固有缺点就是阻抗频带窄,      展宽频带是最困难也是最富有挑战性

的J作之一, _ 随着移动通信系统、 全球定位系统 (P) 卫星通信系统的发展, GS、 宽频带微带贴片天线的研究己成为了非常热门的课题, 同时宽带微带贴片天线将 逐渐向着小型化, 简单化同时具有多功能、多用途的方向发展。 近年来, 人们在 微带贴片天线展宽频带方面做了大量的研究〔-0, 213微带天线的宽频带技术主要
采用以下几种方法实现。

A . .有空穴结构的宽带微带贴片天线〔11] 1-2

采用低:的介质板是展宽频带常用的方法,      , 但增大了 天线尺寸, 产生明显的
表面波,降低了天线效率。为了解决这个矛盾,可以采用一种新的方法。 这种方

法仍然用高。的介质板, 在介质板上开一个矩形空气穴。 贴片天线与矩形空气穴

的 作用, ; 分降 相互 使E部 低并改 介 变了 质板的 模式。 例如‘ s7 介 通过 r .  质板 =  的
这种方法可以在部分区域获得 28 . 的等效介电常数, 这样就在不降低天线效率的
前提下展宽了频带, 并且天线的尺寸也不会增加, 文献 [2中的微带天线采用了 1〕

此方 计 法。 算和实 果表明, 度波长比 贴片 相同的 验结 在厚 和 大小 情况下, ,  s 22 =.  的 般微带 天线回 耗l B 一 贴片 波损 O 带宽为44,: 1 的l B d . 二 0 O 带宽为2, % 二 d %而
这种结构的微带天线回波损耗 ld 带宽可达 1.  OB 250 %
B .采用多层介质基片【3 1] 微带天线的结构采用多层介质基片,      将馈电网络与天线贴片分别置于不同的

介质基片上, 这样可以获得宽频带的驻波比 特性。 这种类型的微带天线普遍采用
的是电磁祸合的馈电方式。早期出现的这类型天线( 以双层为例) 如图 31 - 所示, 他利用馈线本身对贴片进行馈电, 改变贴片振子与馈线的相对高度和改变贴片中

上海大学硕士学位论文

心与馈线端点的相对位置, 就可以获得一个匹配点。 利用这种馈电 方式在基片厚
度选取合适的情况下带宽可以达到 了7 这种结构的改进如图32 .%。 - 所示,他同

样采取电磁祸合的馈电方式, 与以前不同的是他的匹配利用一个短的调谐枝节来
实现, 这种方法比较容易快速和精确地找到匹配点。 当天线模型设计得当时, 他 的带宽可以达到 1Y。同时,采用多层介质基片可以实现多频段工作,当配置 3  o

得当时, 多个谐振频率适当接近, 结果将形成频带大大展宽的多峰谐振电路。目
前,采用多层介质基片展宽频带的微带天线中,馈电还可以利用口径祸合实现, 也就是在天线贴片与馈电网络加 1 个带有缝隙的接地板, 微带线通过此口 径对贴
片馈 电。

Fe srp  V mad ae ed  i    /; p p n t i l

目 / Fl p 丫 mrpn ( 些三 e si 八 u le et r a a l 

图3   1 电 - 磁祸合的双层微带天线

图32 附 - 加调协枝节的 微带天线

CU .  形缝隙结构的宽带微带贴片天线〔 -5 1 1] 4 这种微带贴片天线在结构上采用具有 U      形缝隙的矩形贴片, 贴片与接地板之

间用空气或泡沫填充。 其在结构上的特点就是非常简单, 可以获得较小的天线尺
寸。 这种结构的微带天线由于贴片具有 U 形缝隙, 缝隙边缘电流引入了附加谐振, 同时,缝隙也引入了容抗 ,与探针的感抗相抵消,从而展宽了频带。实验表明 这种天线在谐振频率为
90H 0M z

厚度为 10 “时,可获得 4% .6 7 的阻抗带宽

( W _  在谐振频率为90H,厚度为 05 “时,可获得 1.% V R  , S <) 2 9Mz .3 24的阻抗带宽 (SR  。两种情况下都获得较一般矩形贴片天线大的带宽。这种新颖的微带 VW <  2 )

天线最大的特点就是只采用单层介质板、 一个贴片如下图4 所示, 结构非常简单,
充分体现了微带贴片天线的优势。

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L大 硕 学 论 海 学 士 位 文
图 41            - 俯视图

_

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图42 - 侧面图

D .增大 H A 6 1] / [ -7 1

当 H几      J 增大时,品质因数会明显下降,可以使微带贴片的阻抗频带得到展

宽。由 文献[ 〕 1 可知, 6 当介质片的厚度增加时, 会激励更多的表面波, 从而引起
表面波的明显激励从而使得辐射效率下降。 因此单靠增加介质厚度来展宽频带并 不是一劳永逸的。在实际应用中往往采用多层介质微带贴片天线【7, 1]它通过多 个谐振腔在不同的频率谐振从而使得频带展宽,这种天线在形式上增加了厚度,

但天线的效率并没有太大变化。 通过加载短路棒后可以使微带贴片的面积大大减 小,当 往往以 牺牲天线的厚度为代价。
通过对圆形微带贴片天线馈电杆附加阻抗匹配网络,      并且适当的选择电容片 的直径, 可以显著的增加圆形微带贴片天线的带宽, 从而使得这种结构的宽频带
微带贴片天线在工程上有很好的应用前景。

1 . 3微带天线小型化方法 随着无线通信事业的飞速发展,      微带天线的尺寸与其它通信器件相比 尺寸越
来越大, 显得越来越不相适应, 因此要求进一步缩小微带天线的尺寸, 经过许多

学者的研究,发展了各种各样的缩小微带天线的新方法,本节简单介绍如下。

A加 载短路探 1 2] 针【 - 80
通过与馈电接近的短路探针在谐振中引入祸合电容实现小型化,      天线谐振频 率主要取决于短路探针的粗细和位置, 天线的尺寸可减小 5%以上,其缺点是: 0 ()阻抗匹配极大地依赖于短路探针的位置及其与馈电点的距离△,往往需要    1 馈电点的精确定位和十分微小的△, 这给制造公差提出了苛刻的要求;() 2 频带

窄;()  3 H面的交叉极化电 平相对较高。

B 采用高 常数的材料基片[ - ] . 介电 22 12
从天线谐振频率关系式可以看出谐振频率与介质参数成反比,      因此采用高介 电常数 ( 如陶瓷材料) 基片可降低谐振频率, 从而减小天线尺寸。 这种高介质天 线的主要缺陷是:() a 激励出较强的表面波, 表面损耗较大,使增益减小,效率
降低 ( )带宽窄。 b

C 表面开 2- ] . 槽[ 2 35
当在贴片表面开不同形式的槽或是细缝时,切断了原来的表面电流途径,使     

} 飞 海大学硕士学位论文

得电 流绕槽边曲折流过而途径变长, 在天线等效电路中相当于引入了级联电感。

由 槽很窄, 于 选择适当的 而控 槽从 制表面电 激 流以 励相位差90 极化简并 0的 模,
还可以形成圆极化辐射,以及实现双频工作。 其特点是:随着槽的长度增加, 天 线的谐振频率降低,天线尺寸减小,但尺寸的过分减小会引起性能的急剧恶化, 其中带宽 ( 一般为 2 %)与增益尤为明显, 而方向性影响不大。 如何克服增益与

带宽这两个限制,开发实用化,易调协的此类天线尚待深入研究。
虽然国内外对上述微带天线小型化技术展开了大量的研究,但是其中还是存      在了很多问题, 其中天线的性能如增益、 带宽与小型化及加工制作之间相互牵制,
必须权衡利弊。

1 . 4光子晶体微带天线的应用和发展
本文将在第五章中作详细的介绍和分析。     

1 . 5本文主要内 容
本论文主要针对如何实现微带天线宽频带、      小型化以及新型光子晶体材料的 应用展开了比较全面的分析研究, 同时提出了几种新型结构的微带天线设计, 全
文共分为以下几个方面:

第一章序论部分,      主要是简单的介绍了当前微带天线的是宽频带、 小型化研 究状况以及存在的问题,在此调研的基础上提出了自己的研究方向。 第二章主要介绍了分析微带天线的常用的解析方法以及数值分析方法,      对于
微带天线的分析具有理论上的指导意义。

第三章主要提出了两种新型宽频带、      小型化微带天线的设计。 通过理论分析 以及仿真软件辅助设计, 特别是应用 Asf HS 全真分析软件,对于天线的重 not  S F

要参数以及这些参数对增加天线带宽、 实现小型化的影响都给出了具体定量的分
析,最后得到了比较理想的结果。

第四章主要提出一种应用于 GM0      S90/DS80 C 10 通信系统中结构紧凑的双频 微带天线,通过 U形开槽,贴片折叠的方法实现了双频工作,且工作频带位于 GM S 通信系统要求范围。 第五章主要提出了两种基于PG      B 结构的接地板光子晶体天线。 本章首先对于

光子晶体结构在微带天线方面的 应用和发展前景进行了介绍综述, 通过理论分析
及仿真实验表明, 该光子晶体结构有效的抑制了表面波, 有效地降低了天线的谐

七 海大学硕士学位论文

振频率, 有利于天线实现小型化要求, 拓宽了天线的带宽, 提高了天线的辐射效
率。

第六章结束语,      主要是对本论文的工作进行总结和展望, 希望本论文的工作

对于以后相关研究能提供一点借鉴和启示。

仁 海大学硕 L 学位论文

第二章 微带天线的分析方法                 
分析微带天线的基本问题就是求解其周围空间建立的电磁场,      求得电磁场后 进而得出方向图、 增益和输入阻抗等性能指标。 在进行具体的工程设计时, 需要 对天线的性能参数预先估计, 这将大大提高天线研制的质量和效率, 降低研制的
成本, 这就应用到一些分析微带天线的方法。分析微带天线的方法有很多, 总体

上这些分析方法可以分成解析方法和数值方法两类。 对于解析方法, 最早出 现的 也是最简单的是传输线模型法 (L T M-Tas ii L e  dl r mso i Moe n s n  n )理论,只要用

于 矩形贴 更严 片。 格更有 是空 用的 腔模型法 (M- atM d ) C Cvy  e 理论, 用于 i ol 可

各 种规则 状的 形 贴片, 本限 但基 于天线的 度小 厚 于波长 (<A) 情况。 严 h   的 o 最
格而计算最复杂的是积分方程法 ( M- n g l ao M t d I Ie a Eu i e o)即全波 E t r q tn  h 分析
方法 (W-Fl v) F u Wae。全波模式包括矩量法 (o) l  Mm、有限元法 (E) 频域法 FM , (D) ST和时域有限差分 ( T) F D法.全波分析非常通用,可以用来分析单个单元、 D 有限或无限阵、 叠层单元、 任意形状单元和祸合。 数值方法将微带天线的分析方 法发展到三维, 当微带天线的介质基板较厚或结构复杂时, 就要用数值方法。 本

文将重点介绍具有代表性的空腔模型法、 矩量法和有限元法, 对于分析天线提供
理论基础。

2 . 1空腔模型法
腔模理论是在微带谐振腔分析的基础上发展起来的。      实际上, 谐振式微带天

线的形式与微带谐振腔并无明显的区别。罗远社 ( TL )等在 17 年提出了 Y  o .  99

空 腔模型理论【 1 2 。该理论基于薄微带天线 (<  )的假设,而将微带贴片与 6 h R o
接地板之间的空间看成是四周为磁壁、 上下为电壁的谐振腔 ( 或确切地讲是漏波

空腔) 。分析微带谐振腔的一般方法是,规定腔的边界条件,找出腔中的一个主 模, 从而计算出谐振频率、 品质因数和输入阻抗等。 把这种方法移植到微带天线
中来, 称为单模理论。 但是这种简单的方法正如和传输线法一样,在一些情况下 不能得到满意的结果。作为此法的改进, 发展了多模理论,它把腔内场用无限正

交模表示, 因此就能比较准确的代表腔内场。 这种方法得到的结果是比较满意的, 计算也不很复杂,因而为工程界广泛采用。
2. .1空腔模型法原理 1

t . 海大学硕士学位论文

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图 21空腔模型几何关系                              -

如图所示微带天线, 微带片和接地板之间的盒形区域可看作谐振腔: 它的上下壁 是微带片和面积相同的接地板。周围的柱形面为侧壁。贴片尺寸为 Wx ,介质 L

基片 度为h 几为自 空间 厚 , 。 由 波长。
在分析腔内场时,基本的腔模理论作如下假设:

() 由 1 于腔高 h   ,可认为腔内电 度 <A 场有E分量,并且E不随z : } 而变化。
还假设H =O        , ,因此腔内场是与z 无关的二维场,对 z 轴而言,腔内仅存
在 T 波。        M

( ) 在微带片的周界上,片电流没有垂直于周界的分量,这意味着沿侧壁 H 2
的切向分量为零,故腔的侧壁可假设为磁壁,即谐振腔可视为上、        下为电
壁,周围为磁壁的腔体。       

212 ..腔模理论计算微带腔内电场
从麦克斯韦方程组,      利用边界条件, 可获得腔内电场的分布, 推导过程中用 到的坐标如图 21 . 所示。麦克斯韦方程组如下:
Vx =1 H
+了

vE x
假设电流密度了 保持不变,有

(. . - ) 2 12 1

v J子 二 0

v- P E=

( 1 - 2 . O一 一 。             . 2 2) -8, J P ,一

or                                                       

上海大学硕士学位论文

所以P= ,即 0
D - =0 E

( ..- ) 2 12 3

对式 222 1 ..- 中第二式两面求旋:

V V E= x o 刀 x x 0  l ) () '
化简得:

( . .- 2 1 2 4)

(2 ) i} v+Z o k L= ) j

( =U ) 无 C,  E U

( . .- ) 2 12 5

根据 假设 () 场只 } 量,J 1 电 有E分 保持不 所以 变, 上式可改写 标量方 成 程:

(; ), Jl 0 + ' = oj kE )

(.. - ) 2 12 6

式中下标t 表示运算仅对横向 坐标进行。等效微带腔四周是磁壁,有边界条件:
( ..- ) 2 12 7

此处以矩形贴片为例,边界条件可写成:

竺 叙 飒 一即

=0
x or w = .  - _

( .,- ) 2 12 8
=0
y Oy L - .=

要求解式 (..- ) 2226 ,首先要分析其对应的齐次方程
( ..- 2 12 9 (2 k ) 0                   ) v +二 w 。 -=

利用分离变量法求解该方程如下:

对(。 .取试探解:( = ( (力 ,并将v o   XP , () P ( ,
(. .- )可展开为 2 12 9

展为,,十一砂 开 v: Q 一a,
( ..-0 2 12 1 )



(Y O P )W (

十( }) O X

即         

+ ( (Y= 礁PXP ) 0 )(

两边同时除以W Y P ) X (

,将不同 变量的式子分开, 并分别令为士 得: A

,g ) 9( ,x '
aZ    X

+ () 0 4 X=

( .  - 1 2 1z 1 ) . 

上海大学硕士 学位论文

6 () ,y 9 +  一 ) ) 0 ( 。 '0Y 二 k ' _

八 2

( .  - 2 2 12 1 ) .

根据齐次二阶微分方程的解的情况可知,其解的情况根据A  A  =,  0 > 0和A  < O三
种情况进行讨论. 限于篇幅,在此不作详细分析,最后解得:

£一 m_ 2 艺A p n 
其中A。 ,为常数,将该式代入式21 - 得 .. 8 2

( . .- 3 2 12 1 )

Y m'n  A。 , . AO m k _一 WT RW +Z y U ,
根据式 (..- )有: 2129

( . .- 4 2 12 1 )

Vm 一 }          Z。 k , , '  q二 .m n
代入式 (..-4 2121)得

( ..- 5 2 12 1 )

艺A}( 一m aJ              _  ’k)j _  } ) k 二P
两 时 边同 用式, 积得 。 . 内

( . .- 6 2 12 1 )

艺A(一m<、}n=u J m>            <,,  _  k)V, >I k n 二m , o (} u p

( .  - 7 2 12 1 ) . 

W。 完 m是 备正交 所以 积, 当m# ' #  P 与式. m或。 n ' 时,(。 n , . 正交,内 积为。 所以 ,
(..-7 212 1)式成为

A ( 一m p ( > .p , >             V} _  k )  P = w < . k a< ,  I J ' m n 
用该式即 可表示出A , 

( 1- ) 2.1 .28

还有电流源J的问题。电流源J 指微带天线馈电点的电流密度。经典的微带天

线 有两 微带 馈电 种: 线边馈和同 底馈, 者都可以 轴线 两 等效为宽为d的电 片。 。 流
设 馈电点坐标为( ,  则有 ( Y) X o, D

一· 夸 夸· 一
其他

( ..-9 2 12 1 )

藕合 馈电的 效果和这两种馈电 是一样的, 所以 也可以 等效成电 流片。d要视 。 具
体情况而定, 对于常用的 馈电 点不很靠近辐射贴片边缘的情况,d与馈电 。 位置

上 海大学硕士学位论文

无 根据 微带天线一组 关 某一 计算值和实 测值得到某 位置的d后, 应 馈电 。 就可
用于其他任意馈 电点。

、W’ 二 J       1-一 ‘ L -oWa , ‘ - 1,c x -   - o       。d  -  一 s d '
2o _  IC W dm r o)
ny c- i i n, o n       2 1 2 2 ) s 0  r 5 x n  M smd 0 ( ..- 0
G   

__ ; ·_。 _ w .  1 m  _ r (冷}  1 , _ y "       " ' c

2 W

将得到的心, 代入 (..-3 21 1)即得E 的表达式: 2 Z

其中< ,  、< } 在上面己经给出表达式。为简洁起见,可以令 Jp > r 0 r 二 。 p -> m
C -到 。 将所有的常 项都 m 如果 数 用B。 表示, 可得E 的 Z 表示式为:
卫一 c E= mos        Z 艺B  -W cosn } L   
m 兀C       

Ek<   }2 - 一>    买km 砰<  ()  -r>  )} 0. k  m, .p J. ,  p P > m
Sm  oS二 。

( . .- 1 2 12 2 )

( . .- 2 2 12 2 )

式中

B aoko o o 。 7k m鄂 5 ( 一kl子 c 鄂J 7Z , o 豁,
于 可由E求得H 和H : 是 : 、 y

(.2 3 21 - ) .2

H 一又, ( c W sL ,          o       一B 擎) 婴 i _  s n n 蕊  O ) po 石

H I (s Cs卫: , J -i o卫 一 会Mn W ) 7 ) 
从 尤x

L       

( ..-4 21 2 ) 2

213腔模理论计算微带腔外电 .  . 场
理论上,封闭的磁壁和电壁一样都能将区域内外的场相互隔离。但在这里,     
腔的侧壁虽然等效为磁壁, 它实际是连续空间的一部分, 对计算外部空间场而言,

侧壁上的E可 效 磁 }等 为 流
Ms i Y.                =一i  x
这些等效磁流源在远区产生的电矢位为
( . 3 1 21 -) . 

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户 _heR s cys x -上 e osi   f M jss md k kiqn y 0 , +e  (   n s  f ) n O d
2 威

(. . - ) 2 132

这 计 接 板 起的 : 像 应, 考 到h A, 沿Z 积 结 里己 入 地 所引 M 正 效 并 虑 <  故 向 分 果 o
只是乘以 2 . h

户所引 起的电 场为云= v 户 对于远区场, -x , 只保留 - 含R, 项

E - o 一F) “ J ( Og k气
利用球坐标与直角坐标单位矢量间的转换关系,有

( ..- ) 2 13 3

9。 卯, E十 E = J 凡 =k F  p 凡c P a - o j( s 一 o ) k o i n  s  E = k “ k 凡c r 凡s <c B w j. J ( op 凡 o s + ip o n  s  ) 
E=

(.. ) 2134 -

空腔模型为我们分析微带天线的工作特性提供了很好的物理解释,      不但可以
计算矩形贴片, 同时还可以应用到其他规则形状的贴片天线, 但需要指出的是腔

模理论中用到的微带天线尺寸W,  L 并不完全等同于图2 中的微带天线的物理 . 1 尺寸W,  于边缘场的存在, L 。由 会在辐射贴片边缘处产生等效电容, 导致腔模
理论中微带天线的电尺寸要大于物理尺寸。 2 . 2矩量法

在电 领域当 R . rn og 98      磁学 中,. ait 于1 年最先提出 矩量 M t d  F rg n H 6 的 法( eo o h f M mn [ 〕 数值求 磁场问 一 o e ) 成为 t2 7 解电 题的 种经典而且非 常有效的 方法。 法 矩量
是一种将连续方程离散化为代数方 程组的方法, 对于所求函数. f 在定义域内 被展

开 为兀,几,儿, ,,基函 二. . 的 数,

f= f                 (2) 艺a                        2- . 1
其中a是 。 展开系 数,人为 展开函 数或是基函 对于 数, 精确解, 通常 无限 公式 为
和, 而人形 个基函 完备集, 2 - 是为了 有限 成一 数的 (.1 1) 求 和。
有计算机进行数值处理,      包括数值积分和矩阵反演, 其中数值积分是最耗时 的过程,为了 加速其解的收敛性, 选择合适的基函数是完全必要的。
介绍矩量法时将积分方程写成了算子方程更具有普遍性, 假设待求解的问题可以
用以下算子方程表述

七 海大学硕士学位论文

L  )“ B ( f

( .- )          222

它是待求的未知 式中9 称为源或激励,在方程中是已 知函数,f 称为场或响应,

函 L 数, 是算子, 它反映了f 的 和S 对应关 系。

算子方 程L  ( f 9 矩量 )= 的 法解, 包括四 个基本的 解过程。 求 <> 开未知函 为有限 1 展 数f 个线性无关的已 简单函 知 数人之和

f ,f = a, Y,
其中 f 九, ,. ,  3. N是N线性无关的 I f. f 简单函 数
代入 (. 1 2 -)式则 2
基函数

( .- ) 223

L f8 la   =
N个未知数 a a,  a  3 N 2 二 a

( .- 224)

此时算 作 子L 用域已 数天 上, 求系 a 知函 待 数 二移到 算子L 之外, 使求解方 便。
<> 2作内积

在L    值域内 组线性无关的 数m ( 数) 分别与 L 和g 积 的 选一 函 权函 , f 作内
< ,  = m ,  w L > <  S> m f 

艺a(mf> m,  w, 一 g L < >
其展开式为:
护十

l  wL =w9 a< f> }  < >
! I J

I  WL > w9 a<2f 一 2 ) ,  < ,
l l 、

( .- ) 225

艺a<Nf> -,  -,.= N >  L < g

式 (2 ) 为L ) g 近 式 2 - 即 ( = 的 似算 .5 f
<> 3变换为矩阵方程:
令:

上海大学硕士学位论文

1= i L > , v f < } , 
9 <W , .= . 9>

【1 ] 。= } - [。 ]【g ]

( .- ) 226 

<> 4矩阵求逆

[。卜 1 ] [ , “ [ 一 g ,

f Ya 一   -n f
f [l} f }‘.  一f l ] ]gI f = f一 a l [ m
【 = f二f , 人] [.2 f ,  . 」 (. ) 2a 2

注 : 意 f必 是 性 关 选 适 可 艺a 很 逼 f。 函 w 须 线 无 ,择 当使 . 快 近 f 权数 m
的 择也 适当,当 人二 选 应当 m时 称伽略 法 (ae is  o ) 金 Grr n m t r lK ' e d h
矩量法把线性微分或积分方程化为线性代数方程组,      再利用矩阵理论求解该

线性代数方程组。 将基函数选为正交完备组, 并相应地选取适当的权函数, 则当
矩阵阶数无限大时, 矩量法得到精确解, 但在数值解时, 不可能取得无限阶数的 矩阵, 而是力求用较少阶数的矩阵得到足够精确的结果。 当基函数选的很接近未
知函数时, 基函数和权函数只需要取少数几项, 即矩阵的阶数不需要很高就可以

满足对解的精度要求。A sf公司的 E s b 高频仿真软件的计算内核就是基 no t ne l m e
于矩量法,计算精度比较高。

23有限元法 . Asf HS 仿真软件是一个采用有限    t S no F 元法的电 磁仿真软件,电 磁结构仿真的
各种算法中, 通用性最强的是有限元法, 有限元法一般把对象空间划分为许多小 区域,而每个小区域用一个函数表示,Asf HS 中,把几何模型自 not  S F 动划分为 许多四面体, 四面体由四个正三角形组成。 这些四面体组成了有限元网格。四面
体中点的矢量场是在顶点之间插入, 以三维亥姆霍兹方程有限元分析为例, 该亥
姆霍兹方程为:

V d+ q二 Z KZ 9 D )

( .- ) 23 1

对于四 面体同 样适用于函数9 。四面体的四 个结点 上有:

匕 海大学硕士学位论文

a  i 仰, d, b x z 由“= + + +                

i ,3    2 -) =1 ,4  (.2 2, 3

因此有四个联立方程。从中求得系数 a b c d ,  , 。方程组的行列式为: ,  _ xl y] 几
心1 1 1

 d  e    
 ‘          十



                  
     

 --  
. ‘.




 
     



x3
心. 1

y3


 --    
     

 6

 V    
   

(.3 2- 3)
       

 

     
       






     
 

   
     

    式(3 ) e为行列式的   V是四面体的体积,求出a b c d ( - 中dt 23 . 值, ,  ,  ,  ,可以 写出

 

 

     

2  艺ax )a 中 D ( = , (‘ . e  (Y 式 ,D
‘ . . . 口 . . . . . . . . . . .

‘. . 1
. . . .

 1
 a  
 1  .

X  y, i 
, . 1


 1  

 --
 盆    

   
       

   
 
     

 - 衬 0

  一  V
山.


 气 乙 
. 1


 ,   ̄


, 』

   
       

   
   

   

   
 


,、
, . 1



内 ,

气、 兮

(.4 2- 3)


   
       

   
     

 
           

x  y 4  4



   
                             

     

aaa 类 的 达 2 ; 似 表 式。 , 有

A st FS   fH S 保存了 no- 顶点的三个平行于邻边的分量, 还保存了平行于面而垂直
于边的边中点的场, 四面体内部的长就是从这些节点中插入而得到的。 用这种方 法,麦克斯维方程转换成矩阵方程,可以用传统数值方法解决。

在网格大小 (    决定了精度) 和现有的计算能力之间必须采用折衷的方法, 一方 面,计 算的精度由每个元素 ( 四面体) 决定,同一对象,网格越多就说精确,因 为四面体越小, 节点之间插入的场误差越小; 另一方面, 计算大量的网格需要占 用大量的 C U 时间和内存,所以,在保证精度下应简化网格。优化网格时, P

A st FS n f S 采用了 o- H 迭代的 方法, 在关键的区域能自 动细化网 选一个新的方 格,
案,当S 参数收敛到预定值,迭代就结束。 总之,有限元法是微分方程的一种数值解法,它建立在变分原理以及区       

域剖分和插值的基础上, 即从变分原理出发, 求得与微分方程边值问题等价的变
分问题 ( 通常是泛函求极值问题) ,然后通过分区插值把泛函的求极值问题化为 一组多元线性代数方程求解。 整个流程中的关键部分是实体造型, 动网格剖分, 自
有限元数值解和后处理 4 部分,如下图:

卜 海人学硕十学位论文

实体构造

定义结构材料

定义端 口

后处理

有限元数值解

自动 网格剖分

A st  S软件本身也在不断改进,包括计算方法、应用界面等,每一两   fH S no F 年软件就要换代, 现在市场上应用较多的是A sf F S 版或A s t  S  no H S 8 t  . 0 no H S 8 f F . 5 版。现在,A sfH S 9 版己 no F S  t  . 0 经面世,这一版本采用参数化界面, 应用更加
方便。

上海大学硕士学位论文

第三章 宽频带小型化微带天线设计分析         
31引言 .
微带天线固有的缺点之一是其窄频带特性,      其阻抗频带窄的根本原因在于它

是一种谐振式天线, 其谐振特性尤如一个高Q 并联谐振电路。 这意味着当谐振时 实现匹配; 而当频率偏离谐振时,电抗分量急剧变动使之失配。 如何展宽微带天

线的带宽己 成为天线界研究的热点课题之一。 前一些刊物上发表了大量有关如 目
何展宽微带天线带宽的文章, 在本文第一章中己经比较详细的介绍了几种最常见
的拓宽频带的方法。

对于微带天线而言,      影响其带宽的因素是多样的, 主要有微带天线的矩形贴

片单元长宽比、 介质基板厚度、 介质基板相对介电常数、 介质基板损耗角等。 展 宽微带天线带宽的方法也多是从这些影响其带宽因素入手。 本章主要是提出了两
种新型的宽频带微带天线, 并详细的分析了天线的各个重要参数对天线带宽的影

响, 对天线的分析过程是基于工程上广泛应用电 磁仿真软件Asf HS ( g not  S  h F H i Feuny  uain  tae) Asf Esml, rqec smlto sfwv 和 not  ebe 其仿真计算原理分别 i o n
基于有限元法和矩量法。

32 . 一种应用于无线通信中的小型宽频带矩形微带天线
和常用的微波天线相比,      微带天线有如下一些优点: 体积小, 重量轻, 低剖

面, 能与载体共形, 制造简单, 成本低;电 气上的特点是能得到单方向的宽瓣方
向图, 最大辐射方向在平面的法线方向, 易于和微带线路集成, 易于实现线极化 或圆极化。 相同结构的微带天线可以组成微带天线阵,以获得更高的增益和更大

的带宽, 因此在现代无线通信系统终端微带天线得到愈来愈广泛的重视。 但是微
带天线的窄频带性质是制约应用的一个瓶颈, 近来对于微带天线的小型宽频带研

究己 成为热点,目前已经出现了很多关于宽频带小型化的技术方法 〔83) 本 2-0。 文基于以上的研究分析提出了一种结构紧凑宽频带微带天线, 该天线可应用于无
线本地网 WA24 ( 4028Mz)蓝牙无线通信技术 (4028.Mz LN.  20-45H / 20-4 35H )等 通信系统终端。

该天线利用辐射贴片加载矩形窄条缝隙、      短路梢钉和短路壁, 辐射单元和接
地板之间填充空气介质的方法实现了宽频带设计。 通过有效加载得到了两个主谐

振模T , M, M和T: 两个主谐振频率f   f : 具有较大回波损耗 S 衰减特性, 这样就

上海大学硕士学位论文

拓宽了 频带的宽度,其阻抗带宽达到了 4.%  0731 H,回波损耗 S < 57 ( 1-21 z 2 M  
一O B o ld )

321 ..  微带天线的理论分析
微带天线设计的一个很重要的目    标就是实现宽频带和小型化,同时具有高效 率。 简单的贴片天线的分析可以利用空腔模型方法, 微带贴片天线的窄频特性是 由其高Q 值的谐振本性决定的。 这意味着, 当谐振时实现了匹配, 而当频率偏离
谐振时电抗分量急剧变动, 使之失配。故展宽频带的方法可以考虑降低 Q值,也

可以 考虑用附加的匹配措施来实现。常用的方法有采用厚基板,采用:较小 r
或 tn  a8 较大( 有耗) 的基板,附加阻抗匹配网络。阻抗带宽或是 VW SR带宽是决

定天线工作带宽的一个主要参数, 对于馈线电压驻波比VW S可以由下式决 SR<
定 [1: 3]
R = W
s一I

Q万 ,

x1 0 0%

(. ) 32 1 . 
(.. 3 2 2)

ts = 上+ 止十 a - 上一 上、 止 n-

"  Q  d    .  ,      Q  Q Q  9.                                     T 

其 ,a y 等 损 角 切 Q 的 质 数 Q、 c    ts 是 效 耗 正 ,: 总 品 因 , J Q Q、- 中 n 是 .  Q 分       :
别代表介质损耗品质因数、 导体损耗品质因数、 辐射损耗品质因数和表面波损耗

品 数。 式3 . 可 当Q 、 c Q 、 s , 丁 越小 a 越 质因 由 . 2 知, a Q   Q 越小 Q 2 ,  u r r 也 ,ts. n
大。 因此, 通过以上的拓宽频带方法可以有效的降低天线的品质因数, 实现宽频
带要求。

322 ..天线结构设计
图31      - 给出了天线的具体结构尺寸, 为了得到两个对称的谐振频率, 短路探
针的位置与同轴探针的位置对称分布,同时为了得到足够的频率衰减拓宽频带,

在天线的终端加载了短路壁。 通过加载缝隙使得表面电流的有效长度变长, 降低

了天线的谐振频率。天线辐射贴片的尺寸如下: X  W  L=2 X  m' 5  4 m 8  ,缝隙

尺 寸L , W,二 1 m` 贴片高 h= l m 短 , x  , , , X m 2 , 0 度 l , 路壁宽 L =2 , m 度 . - m m
同 轴探针位置及短路梢钉位置分别为 (, ,二( . 0, ,  二 1 5 XY ,  1 5 2)  2Y ) 0 ,  ( 2 (0 , X ) .
2)即 X =-, 0 ; X =d= 2m,接地板尺寸大小为 6 X  m 0m 0  mz 8 。下面将要具体讨 0
论各重要参数对于天线带宽、增益及其辐射方向图的影响。

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 ̄, .  ̄ _
一望 望 卜』 起 .异 玉 七 苍 , 」。 5 .比

公 合 )盏 。u 当 犷 巴 』右 0一 芭 .二 ‘卫 .

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_. _. _. _. _. _. _. 一一 ‘  ̄. 泛.

2    2 4  5

h lg ow Te  t f  e h  n

图34 - 天线的两个谐振频率 f f随W。 l : , 变化曲线图 .  ,

在以上的讨论中,从图32    - 中可以看到当X =-, 取值比较小时,可 2 X 二d 以降低两个谐振模的频率 f  的数值, f 2 这样就可以获得更多的应用范围, 例如
当 d=

1 m时, 4 m 带宽为 4.% 9729Mz 这个频段上基本可以 1 8  15-92H) ( 覆盖到
(902 7M z 。 12- 10H )

U T 频段 MS

图35  ) = 2 6{ - af  ( 2 Mz  l e  z n)  6  E一pa ( n x一 pae l  0= 0  0



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。 0 -5 拍 -15 刃
15
 .                              

10 -5 0 5
10 8

( )  =  2 6 H   H b  f  2 6 M z 

pae  ln ( y

z  n)  = 9" pae 0 l 0

10 8

图36  ) = 35 H E一pae  - af  ( 02 z  l 1 M n x一z  n)  = 0 pae " l 0

2 4

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a 礴 。 闷 -8 -8 闷

 30  少 I  J.产  ‘‘ .|  L  l l 、 r、 、  、
0 4 8

240

()  = 3 2I                p n "=9 b , 0 M  H一p n (  f 54 z  l e  a y一 l e a )  0 "
图35      - 给出了当d= 2m ,其他参数天线的具体参数为 WXI 2 -、图36 0m 二5

X  mz 4 m 8  ,缝隙尺寸 L W = X 0m h   m ,  2 时,天线在两 X ,   1 2m2 = l m S  二 ,  l = 
个谐振频率处的辐射方图, 由方向图可知天线的后向辐射比较小, 有利于提高辐
射效率。

324 .. 结论

通过一系列仿真设计和调试微带天线各个重要参数,      最终得到了一副结构简

单的宽频带微带天线, 频带达到了4.% 0731 H) 57 ( 1 21 z 回波损耗S< d, 2 - M -OB I
该 频 段 可 应 用 于 WA24  20-45H ) 蓝 牙 无 线 通 信 技 术 LN. (  028Mz  4 / (4028.Mz 20-435H )等通信系统终端。

33 . 一种宽频带双缝开槽半圆形微带天线
在本小节我们继续前一节的研究,      提出一种新型平面倒置 F型双缝开槽单馈 电微带天线, 该天线利用在半圆形辐射贴片上加载双矩形窄条缝隙, 同时加载短 路探针和短路壁的方法。 另外, 在短路壁上加载调谐支节可以方便的微调天线的

谐振频率, 易于实现了 微带天线的小型化宽 频带要求, 其阻抗带宽 ( < d ) S - B  1  O
达到了4 % 29-37M z, 1 (  7 19 H ) 该频段可应用于无线本地网WL N .蓝牙无 0 A 2/ 4 线通信系统。对于天线的分析采用 A S F N O T公司的三维全真仿真软件 H S8 FS. 0
( i Feuny ut e  ua r. o Hg r ec S c rS lo8 ) h q t u i t 0 r m
3. .1介 绍 3

卜 海大学硕士学位论文

P t  M tx  a l I  a iD t o :  r a 5 

图3 阻抗匹配史密斯圆图 一

a - m 的 的
0 一 E , 乞 已

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-15 如

25 30 .35 朋
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2a 25 3. 0



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35 .

40 .

Feuny  z r ec (H) q G

图3) - 0有、无调谐支节两种情况下的回波损耗

2 8

上海大学硕士学位论文

M 1 天线回波损耗随d                      31 - 距离变化图

为了获得两个主谐振模T 。 M2 我们将同轴探针和短路销钉对称的放      M, 和T 0 ,
置在 Y轴两侧,距离对称轴 Y轴的距离为 d ,通过仿真试验发现探针和短路销 钉距离对称轴位置 d 的大小对于天线阻抗带宽的影响十分明显, 见图31 所示。 -1

可知当d 9 m时天线的阻抗带宽最宽,即为我们优化所得天线结构, =1 m 其他参
数见图3 所示, - 7 随着探针和短路销钉距离对称轴距离 d 的减小, 阻抗带宽逐渐

减小, 天线的两个谐振频率同 样减小, =1 m时, 当d 2 m 其阻抗带宽( <1 B  S_ 0 )  d -
B 77 z 90 67 z,两个谐振频率分别为20M z 24MH > W=4MH ( 1-25MH ) 1 19 H 和 55 z 

可知该频段可以 应用于U S1 0 27M z WL N .20- 44 H) MT( 2- 1 H) A 2 ( 0 28M z 9 0 ,  44 以
及蓝牙无线通信 (40 28. H ) 20- 43 M z  5 等通信系统终端。同时, 通过仿真我们可 知缝隙的宽度以及长度对于天线的阻抗带宽和谐振频率也是有着比较明显的影

响, 优化设 通过 计最终 取缝隙的 大小为 WoX o二 2  . m , 尺寸 t  s Wi : X  m 2 这时 15 6
天线的阻抗带宽最理想。

上海大学硕士学位论文

图 31 , 24MH  () Z平面 -  f= 36 z a X 2  -

( )  平面 b YZ

上海 大学硕士学位论 文

图3 3  = 07 H ()  平面 -  f 31M z  X 1 2 a 一

( ) Z 平面                                 b Y -

图3 2      - 分别给出了 - 和图3 3 1 1 在两个谐振频率处微带天线在两个主平面 上的 辐射方向图, ,24M z 天线的两个辐射方向图比 当f 36 H 时, =  较对称、 辐射很 前向
好,而当谐振频率 f 07 H 时, Z 1M z 辐射面XZ平面有很多皱褶,这与固定接 =3 - 地面有关, 当频率升高时相对于固定接地面距离天线的辐射电长度减小, 在 所以

高的谐振频率处出现了 皱褶现象。同时我们发现在两个谐振频率 f 24M z l 36 H , = 
f 31M z _ 07 H 处,天线的增益峰值分别为: . B 和 3 d i  = 5 di . Bo 3 8

上海大学硕士学位论文

34 . 结论 本文通过一系列仿真试验,      通过分析调试微带天线各个重要参数, 最终得到

了 一副构型简单的宽频带微带天线, 频带达到了4% (21- 21 H ) 1 07 31 z 回波 M 损耗S< d ,该频段可应用于WL N .( 0 45 H ) l- B ,I O A 2 20- 8M z  4  2 4 / 蓝牙无线通信技
术 (40 43 MH )等通信系统终端。 20- 8. z  2 5

F . 海大学硕士学位论文

第四章 应用于 S90   10 通信系统中        GM0 /DS80 C 结构紧凑的双频微带天线                 
41 .  引言
移动通信技术的迅速发展和应用,      小型化宽频带和双频段微带天线则成为需

求的一个趋势。 文献厂 ] [ 〕 3 .  对宽频带和双频微带天线的实现技术做了一些论 2 3 3 述,其中双频微带天线的实现一般采用多片法、 多模单片法以及加载单片法。 加 载单片法的特点是两个谐振频率的距离可以调节得很近,从而获得相同的极化
和方向图。 这种方法一般通过加载微带支节和缝隙来实现,而缝隙加载的优点

是体积小,易于加工,这种方法使天线可在有限频带内实现多频点工作,其应 用在微带天线的发展及工程上有一定的潜力。 近年来很多文献中提出一种平面倒 置型微带天线 (工A [ 卜[ ] 因为其结构简洁, PF)  3 , 3 4 7 可以实现辐射单元 14 甚 /A
至于 18 尺寸的工作,因此在无线通信终端的应用也是愈来愈受重视。同时, /兄 人们还研究设计了很多实现双频及多频段工作的天线结构, 开缝、 一层多个辐射 元、多层、倒 L等等如图所示。其中在微带天线辐射贴片上开缝,是使辐射贴

片 表面电 流流过的电 长度不同, 从而实现双频。 这种微带天线结构紧凑, 没有给
微带天线增加附属结构, 而且每种开缝方式对应的天线性能都不同, 纷繁复杂的 开缝方式也对应各种不同的性能改进, 所以这种微带天线形式研究的很多。 对尺 寸有严格要求的场合, 如移动电话用微带天线, 开缝微带天线实现双频是种很好
的选择 。

辐射层
馒 电层

( )开缝微带天线 a

( )单层双贴片微带犬线 b

()双层微带天线 C

()倒 L d 微带天线

图41 - 常见双频微带天线

本文基于以上的分析研究提出了一种 U 型开槽的平面倒置 F 双频微带天线,

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真结果与原文献的数据结果相当一致, 从而验证了 本文仿真结果的有效性。 通过
仿真我们发现 U型槽的宽度对于两个谐振频率的影响非常敏感,我们取 G二G . , 分别等于 05m 1Om 15m 通过计算可以发现当缝隙的宽度增大时两个谐 .m ,  m ,  m , . . 振频率都开始向外面移动, 低频变得更低, 而高频变得更高,见图45 - 所示, 通

过优化最终取缝隙尺寸大小L二 75  W二 .5 : 2.  ,  92 ,,缝隙的宽度 G=  05 , m : m . 二 . G Z
咖,此时获得两个谐振频率是我们所需要的。

F qec (H) r un G z e y 

图 44本文的仿真结果与文献【 〕结果的对比 - 3 5

石 忍 : 二 £ 昌 .筐

Fpu y H r -t ( O G

图45                    - 天线的反射损耗随缝隙宽度变化的曲线图

在天线的结构中一个非常重要的参数那就是折叠部分辐射单元的长度 L 因      Z ,
为折叠部分的辐射单元对于接地板和上面的辐射单元有着较强的互藕效应, 当调

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节 L的长度时,可以明显地改变两个谐振频率的频率比 t 值。从图 46可以清楚 - 的反映出,两个谐振频率都随着 L增大而不断降低,这就为调协两个谐振频率 : 提供了方向,基于这种思路仿真了一系列的天线,通过各个参数的优化实现了

GM0MzDS80H 双频工作。 S90H1C10Mz 接下来比 较通过调节 L的大小所获得带宽, 2
谐振频率见图47 通过优化当L 6m 在低频端带宽为 7.Mz 5 , -。 2 m 时, =2 42H (.%) 8 在高频端 8.  (. ) 57H 48 ,通过调节 L可以获得更高的双频段,可应用于 Mz  %  :
PS15-90H) C ( 019Mz或是 UT (9027Mz 通信系统。 8 MS  2- 10H ) 1

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粗 封 单元 L I )                          2  -

图46 天线的谐振频率随着辐射单 : 度变化的曲 - 元L 长 线图

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F qec (H)                  e r uny  z G

图 47天线的反射损耗随L长 变化曲                      - : 度的 线图

另      外一个重要的 参数是短路壁w 当其他参数固定不变的时候, s , 天线的 带宽
将受到 w的影响,比较W=1 2 3 情况,可见当W m 时,带宽比较宽, 、 , ,  m ,  , m =1 见图 48 -。通过优化后我们取 L 2m ,  l , 二G 二05 ,这时在天线 , 6m W m G = , = , .  m

上 海人学硕士学位论文

的一.  (SR. )反射损耗衰减处,输入阻抗带宽在较低频段为 8. z 73B  W25  d V : 1 04H M
(8.-6. z 892996H )大约为 85 M . 1,在较高频段 13OH (79 113. z 0. z 2.-822H) M 1 M

大约 58 最后优化同轴探针的馈电位置,结果得到了比较理想的输入阻抗带 .%。 宽要求,在一.  (SR.  )反射损耗处达到了输入阻抗带宽为 7. z 73B  W251 d V : 16H M (8.-6. z 892906H)大约为 77%在较低频段,124H ( 2.-896H) M .  4 4. z  7316. z M 1 7 M
大约 79 %在较高频段如图 49 .1 - 所示。






目 曰 目 〕 已 』 兰 口 理

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图 48天线反射损耗随短路壁w - 5 变化的曲 线图

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,            . 2  1 . 4  1 . e 

1 . 8 

20

F qec IH) r uny  z e G

图 49 - 优化同轴馈电 后天线的反射损耗变化曲 位置 线图 45 . 结论

本文提出了一种结构紧凑、构型简单的平面倒置 F      型微带天线,通过加载 U 型开槽获得了双频段工作。 对于天线的各个重要参数通过一系列仿真设计, 分别

上 海大学硕士学位论文

讨论了它们是如何影响天线的工作带宽、 谐振频率以 及工作的双频段, 最终设计

了 一副工作于GM0MzDS80H 通信系统的微带天线。 S90H/C10Mz

r 海大学硕士学位论文

容易做成共形天线等优点,使其在航空航天和多种通信领域得到越来越多的应
用。

目      前,两种新型的以 槽【 ] P G结构[ ] 习 开 5和 B 3 5 [ 作为接地板来提高 45 微带天 线的效率的结构得到了 广泛关注, 在文献〔 ] 5 中的开槽型接地板是在天线接地板 3
上蚀刻窄缝, 这样可使天线的谐振频率显著降低, 从而实现天线的小型化。 对于

文 5]5 献[ [ ] B 构, 45 中的PG结 通过周 期性结构来 抑制微带 天线中的 面波, 表 提高
了天线的增益。然而以往参考文献中的 P G微带天线都是以高介电常数材料为 B
介质的,为了研究开槽接地板和 P G接地版对微带天线性能的影响,本文采用 B

聚 烯泡 (,15 为 质。 种PG接 板蚀刻了 个33 圆 孔 苯乙 沫 e . ) 介 这 B 地 =0 一 x的 形
的方形晶格, B P G带隙的中心频率被设计在T 。 M, 模式的谐振频率附近, 来抑制 天线的 表面波激发。另外,开槽接地板中蚀刻了5 个圆孔,放在辐射贴片下方,

与T 。 激发表面电 路 M 模的 流 径垂直 5 . 〔] 6
551光子晶体结构天线理论分析 ..
开放式结构可引导一种其能量沿着结构表面流动的波型。      这种波型的特征是

场强随离开表面的距离呈指数衰减, 而在沿表面方向 仍以epjx x(3 /)传播, 因而 称之为表面波。只要微带天线基片的 相对介电 常数大于 1  M) ( 6 ,基片中 ,  便会
有表面波存在。这种波可以 看成是平面波由 介质区入射到空气一 介质分界面时入

射 大 临 角( 一i 杯 ) 情 。 此 它 空 一质 界 处 生 角 于 界 典 s- 的 况 因 , 在 气介 分 面 发 n '
全反射, 而后又被接地板反射, 沿着这种 “ 字形路线在基片中传播, 之” 最终到
达基片边缘 , 被边缘散射。 在介质外这种波的场强迅速衰减,因此能量主要集中

在介质附近。 在表面波的传播路径上如果存在其它贴片单元则会产生互祸, 使天

线中 之形千。 ” ” 播“的“佘   阵 元间 扰由 面 着 距· 呈 ”I 单 成 于 波 传 增 A因 此
卜 扰会随着单元之间距离的增大而减小【70 5] 表面波对微带天线的性能影响很大,早己引起人们的重视。为了能减小表面     

波对微带天线的影响, 研究人员经过分析和推导得到基片中 T。 T。 M和 E两种模式
的截止频率

J 一 4.不 c h辰 万
_ 刀c

(. 1 5 -) 5

上海人学硕士学位论文

式(5 ) h ( - 中, 是介质基片厚 。 51 . 度, ; 是介质的相对介电常数, 是自 。 由空间中的 波
速, =,  …时是 T 模式,当n135一时是 T 模式。利用这一公式, 当n024 ,  , M =,  ,  , E 在设计微带天线的结构和尺寸时, 总是尽力减小基片中表面波模式的存在。 但是, T, M模没有下限截止频率,基片中存在的表面波不可避免。并且表面波功率会随 ,
着基片厚度和介质介电常数的增加而增大, 相应的表面波的辐射对天线方向图的

影响也越来越大。 为了抑制表面波, 提高天线的性能 我们引入了光子晶体结构。

£ =1 5 r . 0

Fe p i ed  n ot

L 巧O = mm,卜4 mm,  72 0 h .mm =

图 56普通微带贴片天线结构 一

5. B .  P G微带贴片 5 2  天线的 设计
普通微带贴片天线如图 5 所示,l      - 6 为方形辐射贴片的长度,L为方形介质

的长度, 为介质的厚度。 B h P G接地板结构如图2 ) (所示,在方形接地板上蚀刻 a
了一些周期性排列的栅格为正方形的槽。光子晶体的禁带特性与栅格常数a 填 ,

充因 r 及介电 子/ a以 常数有关〔 1 根据光子晶 5。 8 体结构的 禁带图 选择 的 可以 适当
参数值 产 , 和a 使得天线的工作频率落在光子晶体结构的禁带范围内,则该结构

的光子晶体就可以 抑制天线基底中的表面波,从而改善天线的性能。根据文献

{, 归 化 率 = 8其 为 空 的 速 设 线 工 频 为 5 取 一 频 企 0, 中。 真 中 光 。 天 的 作 率 9 1 . 2
c                                           

10MH ,可以得到正方形栅格的大小a5m 50 z =6 m,取 r / a的值为0 7 . ,可得到圆 2

孔的半径 :1. m,从而在 P G接地板上嵌入了3 3 =5 m 6 B x 个周期性单元。因 此接
地板的尺寸最后设定为 10 mx m 5m 10 m,正方形贴片的尺寸为 8m 8 m 5 0 mx 0  m, 介质的高度 h 7 m = . m,馈 电点的坐标为 ( , ) 2 0 3 0 1

开槽接地板的结构如图 5 - 7所示,接地板中蚀刻的槽孔的半径 二1. m, 5m 6

土 大 硕 学 论 海 学 士 位 文

_ __

放置在对角线方向, M。 与T 模激发的表面波方向垂直, B 与P G接地板不同的是,
这五个槽孔恰放置在方形贴片的辐射路径上。

0  0
O O
()  G接地板 a P B


( 〕开槽接地板 七

图_7 B 5 P G接地板和开槽接地板的几何图形 -

5. .3仿真结果与性能分析 5
为了研究 B     P G接地板贴片天线与开槽接地板天线的性能,本文通过 A sf no t

公司的高频电磁场仿真软件 H S 9 计算了它们的回波损耗和辐射方向图,并 FS  . 0 与普通微带贴片天线的性能进行了比 较。 图5 为普通微带贴片天线、B      - 8 P G接地板微带贴片天线和开槽接地板微带贴
片天线的输入回波损耗 ( , 的曲线,从图中我们可以看到,普通接地板微带 5: ) 天线的谐振频率为 18MH ,开槽接地板的谐振频率下降到 14MH ,即下降 64 z 62 z

" " 黔 。 、

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一 ̄ 一  ̄仍 一



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2」

Fe u n yGH rq e c / z

图5 普通接地板、            - 8 开槽接地板和P G接地板微带天线的S, B , 曲线

了2 % 而P G接地板的谐振频率降低到 13M z 下降了1. , ., B 5 47 H , 4 Y 比开槽接 7  o
地板型的谐振频率降低了 1. ,谐振频率的降低也就意味着天线尺寸的减小, 2 5 从而可以达到微带天线的小型化。 同时, 我们可以看到, 天线的输入阻抗带宽也 有所展宽。普通微带贴片天线的带宽是6Mz13Mz 10Mz,  1r7 6H ( 7H-  3H) F . h  6 7 F - r 槽4" 4

巨 海大学硕士学位论文

线 的带 宽 是 8Mz19Mz 1 1 z ,而 PG 微 带天 线 的带 宽是 7H ( 4H - 8M ) 5 6 H B
7Mz19Mz 43H) 1H (32H-16Mz.输入阻抗带宽展宽是由于接地板上蚀刻出的圆形槽 使得天线的品质因数降低。 另外, 我们可以看出开槽型接地板微带天线的带宽比
P G接地板的宽 1MH o B 6 z 

r u r ud e lg n ga r o
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图5 普通接地板、开槽接地板和P G接地板微带天线在两个主平面的辐射图 - 9 B

4 8

L大 硕 学 论 海 学 十位 文

_

图5 是为普通微带贴片天线、B      - 9 P G接地板微带贴片天线和开槽接地板微带
贴片天线的 E面和 H面的辐射方向图。从图中我们可以看到开槽接地板和 P G B

接地板微带天线的前向辐射比普通天线有所改善, 后向辐射也有所增大, 这种情

况部分是由于接地板的腐蚀造成电磁波的部分泄漏, 部分是由 于随着谐振频率的
降低接地板的电尺寸也降低。 可通过调整蚀刻圆孔的大小, 使后向辐射进一步减
小。从图 5 可以看到开槽和 P G结构对天线 H面方向无显著影响,这是由于 - 9 B 在 H面上无表面波激发和传播。 5 结论 . 6

本文首先介绍了光子晶体结构在微波特别是微带天线方面的应用和发展,      同

时研究分析了两种基于P G接地板和开槽接地板的新型微带天线在T 。 B M 工作模
式下的特性,其输入回波损耗 S: , 和辐射方向图与普通微带天线进行比较,结果 表明,P G 和槽孔的引入可以有效的抑制表面波,使频带有所展宽,改善了天 B 线的前向辐射,从而降低了天线尺寸,提高了天线的性能。

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第六章 结束语                     
随着无线通信与个人通信业务的飞速发展,通信系统逐渐向小型化发展,      迫切需研制出新型的小型化天线来适应设备小型化的需要。 微带天线可以方便地 与移动终端机身共型, 在小型化方面存在较大的灵活性, 因此在取代传统的无线 通信天线方面引起了人们极大的兴趣。 微带天线的小型化、 宽频带研究正成为国 际上的一个研究热点。 同时, 未来移动设备的一个发展趋势是只使用一个收发设 备就能涵盖包括蓝牙、IE 82 1 无线 L N)和 G S等不同业务范围的各 E E  .b( 01 A P
个频段。 因此就需要设计出双频及多频天线来满足这种需求, 这也是未来天线设

计的一个重要发展方向。 本论文利用 no      A sf 公司仿真软件对几种小型化微带天线进行了分析。文中 t
作者提出了几种新颖的实现微带天线小型化、 宽频带的方式,同时基于新型光子

晶体结构(B ) P G 提出了一种接地板光子晶体微带天线和一种地面开槽微带天线, 对比两种天线做了比较深入的理论和仿真分析, 在实现微带天线小型化、 宽频带 设计方面取得了一些研究成果。 由于时间较紧, 课题难度较大和实验条件等方面
的限制, 还存在很多问题需要进一步解决。 比如尚未考虑搭载平台对小型化微带

天线的影响和有限接地板对小型化天线性能的影响, 天线的小型化与提高天线增 益以及拓宽频带之间的矛盾尚未得到很好解决。 二十一世纪是个人通信的时代,无线通信在其中占有很大的比例,小型化微      带天线和多频段微带天线将有非常广阔的应用前景。 研制出实用的小型化、 宽频 带、 多功能天线是一项非常有意义的课题。 本论文所做的工作只是一些初步的探
索和尝试,未来的工作会更加艰巨也将更有实际意义。

I 海大学硕士学位论文

参考文献
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stnMc w vO t  nl  3.  . :8- 7 ti ,  o a pTc oLt 220 3 24 8. ao i r e  e h e t  01 1 2
[ ]  .  ,  . ,  KM. , abn pt at n wt a hpd 1 C L Ma K F Lead  LkBodad c n na h  - ae 0 .  k .  e n . u r a h e i Ts
poePo IsEet  17  0 7-6 r ,  nt cE g  20 ,37. b rc  l n 4 0

[ ]  teG .  ryA Rbi G Miot A t n o Sn ei d  1 Gu i PC ut ,  ee ,  1 a h r  o a .  z M. rsi n na  yt s e Lw c r p  e n  h z o
De ci C nt t  sa s IE Tas  A t ns d oaao,  7 ietc  s n Sbtt .  E  n o n n a a p pgtn 19, l r o a u re E r n  e n r i 9 4( p: 011. 5 )p 11- 4 8 3 3

[ ]  n.  Bodad c si pt at n o mc m t i d  cn 1 Zeg M,  abn m r t ah  e a  io ah e si 2 h r io r p  c n n n  r c n i o l

s sas ltnLt 19, (p:4 u tt . r . . 98 4 ) 3 . bre E co e ,  3 1 p - e
[ ] u e t. em na  t oecl  sgtn o nw m a lg 1 Gaf ta E pr et n h ri i ei i s  e c pc a e 3 i f el x i r l d  ta n tao f  o t  a e v r
bn wd aeue ope mc si at n. co. t 19, 2) : ad  t pr r- ul i h  t c d  iotp  e a Eet n Lt,  5 3( p r r nn lr e. 9 15 p

土海大学硕士学位论文

2 3 -10 1 92 4 .

[ ] vn  i n, m e A a s ad s n  Bod ad  g -ae 1 S e We ad Me br nl i n D i o ra- n S lLyr 4 t e g ,  y s  eg f  B i e n
R c nu r -l Mi otp a h n n a, E Tas  at n ad et g l U So a a t  c si Pt A t ns I E r o n na  r r c e E n n  e n

p pgtn l1 O  a h  3 p5- 8 r aao , . , 3 r 20. 47 6. o i v 5N , c 0 p o m 4
[ ] yhn K F Le S g -yr  lpt wdbn mc si at n 1 H nad  .  .  ll e s g - c i ad  iot n na 5 u .  e i ea i e a h  e n n rr p e
Eetn t, 53 (6: 011. l r L t 19,  1)11-32 co e. 9 1  3 汇 ] gnk S D.Wa ros RD, dbn aeue  pe s ce pt 1 Tr si  , thue  .Wi ad  r r cul t kd  c 6 ao .  e . e pt o d  a ah at n ui t c sbtt ,  t n t 52, 9 : 4一92 n na  g  k  sa sEe r Lt, ( 1 91 114 . e s h u r e l o e. ) 9 9 n i c 3

[ ]  thl e R B  Bodad t kd hrd  a h Ee r 1   Wa ro s  . , rabn  s ce so e      l tn 7 e u .    a   t pt ,  co c 
Lt, () 99 810 e .5 , 9 : -0 . t 21 9 3

[ ]  . e os SD Tr nkad M.  o f D s n  pr r ac 1 R B Wa r ue .  a os n D K ktf eg ad fm ne 8 .  th ,  .  g i  .  o o , i n eo o s a pie at n ,  E  as o A t n   d oaao,  8 f  l r t n na IE T n.  n na a P pgtn 19, m l n d  e s E r n  e s n r i 9
A - (1 12-6 3 P4 1) 6913 . 6 : 

[ ]  . e os,  .  osi  DM.oo f Ipoi t m cai l 1 R B W thueSD Tr nkad  K kt f m r n h e n a 9 .  a r .  a g n . o ,  v g  e  h c te ne ad ii pr r ne  hrd ce, E  - I .  pDg o r cs  r ao eo c o so e pt sIE A S  Sm . , la n a tn fma f t a h E d P n y t i
1 9 :  2 1 5 . 9 7 1 5 -8 5 8

[ ] L Wog  S C Pn C m at nu r  rsi at n, coi 2 K . n ad  .  ,  pctagl m c tp  e aEet n s 0 .  n .  a o r i a io r n n lr c Ltr 19,  )4344 ee , 73( : -3. ts 9 36 3 [1 T K L e a Mi a r aeu - ul m c si at n o vr h h 2]  .  t  n t e  r r c p d  r tp  e a  e i .  o  l ,  iu pt e o e i o r n n f y  g

privyEer i Ltr 19, )9 0 e t i, t n s  e ,  3( :  . m t t l o c e s 97 31 - i c t 1
[ ]  or r  A P r t, epr et s d o m c si at ns  e 2 A H of ad  e oaA xem n l  y  iotp e ao vr 2 .  a n .  t n  i a t f r r n n n y r u

h h mt i cr i s sa s  vr s a g ud nsIE Taso i privy a c  tt ad y  l r n p e E E  n.  g e t t e m u re n e m l  i b o l ,  r a n
A t ns  Poaao , 1A - ( : -4. n naad  pgt n20, 4 5 8880 e n r i 0 P 9) 3

[ ]  e ad  taC m at r tp c at n, r ae  O ta 2 SD y  R Mi ,  pcmc sipt n naMio v ad  i l 3 .  n .  r o t io r a h e cw n pc
Tcnl y t s19, 1: 1. eho g Ltr 96 1( 1-4 o ee ,  3 ) 2

[ ] B ka e a A  a mc si pt at n wt acnei t i 2 A ohr t  s l ior ah e a h   vn n t n 4 .  i  l m l  r tp c n n i ,  o e u g n
otnIE Taso A t ns  Poaao, 6A -41)12一58 po, E  n.  ne a ad  pgtn 19, 4(1: 112. i E r n  n n r i 9 P 5

[ ] g  X X Z agStd a mc siat n, E  - I .  p 2 Yn ad  . n, t s l iot n naIE A S  Sm 5 a n .  h l e m l r r e i p  E P n y t
Dg19: 613. i 9813-29 ,  2

[ 1 . DSl o ad FRca sTer d  em no M c si 2 丫TL, o m n  W .  r , o a Epr et  ior 6 o .o n i d hy n x i h n  r t p

5                                                 2

「 海大学硕士学位论文

A t nsIE TasV l P2,  3- 5Ma (8  n na E E n,  A - p. 1 , .  ) e ,  r o.  7 p17 4 r 11

口 ] . i t g 7RFHr g n 著,王尔杰等译, 计算电 . a n o r 《 磁场的矩量法》.
[8 T K L .  .  ,  H ag E K W. m, d . e Mi a r 2]  .  C H Y w n ,  .  L .  o O o .  .  a a B L , n t e n e iu

aeu - ul mc siat n oVrh h mt i, t  19) - . prr c p d  r tp e a  e i priit Ee 3 ( 7 91 t e o e io r n n f  g e vy l 3  , 0 y  t 9
[ ]  Pna ad  Srk a,  pro bten m ue ad esr 2 S i s  S htm n cm asn  w e c pt n m a e 9 . h n .  i o i e o d  ud

bnwd o qaew v mc si r io ,  E as t ns pgt  ad ih  urr ae  r tp  a r IE T n A e a Poaa 3 t f  t- io r a t s E d r nn r 6
(98,6511. 19)11- 6 6

[ ]  . e os,  .  osi n D M.  t fD s n  pr r ac 3 R B W thueSD Tr nk ad  K k f e g ad fm ne 0 .  a r .  a g ,  .  o o , i n eo
o s a pie at nsIE Tas ens pgt  19)12-63 f  l r t ne a, E  n A t a Poaa4 (98, 913. m l  d  n n E r nn r 6  6

〔11 . l d  PB ai Miotp  en, c H ue18. p2 3]  Bh n ad  hra c siA t a r h  s, 0C a.  . a a n .  t, r r n n A e o J t 9 h

[] 3 钟顺时. 2 微带天线理论与应用 西安: 西安电 子科技大学出版社,91 1 . 9 [] 3 陈雅娟, 3 龙云亮. 宽带微带贴片天线的 研究进展. 波科学学报, 99 1 3 电 1 ,  ) 9 4, (
3 73 1 5 -6 .

[ ] Sl e,  K sa miad .  i siSnl f d abn paa 3 P a nn M.  im ,  M Kv ok i e e d l ad  nr 4 . o el n ik , g - e u - l

i ee F  na  Us pd ,  Tas e aP pg A - ( 0) n rd a e wt - a stE E n At ns  aa P 8 00 v - n n i he l I t t h  o E r n n r t 4 2 , o
1 6 -2 4 2 21 6

[ ] .  , em n l i ot dabn p nr  r - at n wta 3 JSRw Epr et s d s  e lad  ai e d n na  5 . o x i a t e f  u - u h l n e F e a v i h 
Usae s t c w v O t hoLt ( 0) 5- 1 - pd  . r ae  Tcnl  3 2 3 39 6. h l Mio o p e e 7  ,  3 0 [ ]  R Hi ,  L .  n, m a p nr  e d pt at n f 3 F .  a K u W g C pc l a i r - a h  e a  6 .  so .  o o t  a n e F  c n n o v r tp -euny ri , r ae  Tcnl  3 ( 0) 5- 2 r lfqec oe tnMio v O t  oLt 3  2,  4 . ier p ao c w p eh e t 2 0 49 6 [ ]  i grPL T u, ta ad K saa D abn p nr e d 3 SVl e .  hcRS r,  G  svs ul ad  ai r - 7 . e ,  e  l .aj n o i ,  - l n eF a v

a e a io ae  Tcnl  3( 0) 0 2 n n ,  w v O t  oLt 8  3 4- . t n Mc r pe h e 2 ,  t  0 4
[ ] . N . WogBodad t gl mc siat n wtpio 3 SJWO QK L 8 .  u n, abn r a u r r tp e a h r  r e n a io r n n i a f c
t tbuhsae s tEet n s t s4 9)2 8-17 o h s- pd  s coi Ltr (98,1628. o r h l l r c ee 3 1 o

[ ]  . ,  . lad  WaeD afqec p nr ee- at n, 3 Z D L P S H l n D k,  l euny  a i rd n na 9 .  i .  a,  .  u u- r l n t F e a v
IE Tas n na Poaa4 (97 15一 5. E E  n. ens pgt  19) 4 1 48 r At r 5  ,  1 [ ]al oih P y. .  . 97 8 0926. 4 Yb nvc E hsR vLt,  , : 5- 2 0 o t .  e e 18 5 2 t 0
[1 on  hsR vL t 18 , : 8- 8 . 4] h SP y.  .  . 9 7 8 4 6 4 9 J .  e e ,  5 2 2 t

[ ].oc l W..elT t .  ii ca c rts a c at n o a 4 RC ci i RD a . h R d t n  r t ii o pt n na  2 o,  , o a ao h a esc f a h  e I n 

tn G  sa [. E t n ad gtn iy19,  : 6 5. h P s tt J IE A e a  Poao sc t 982 ) 5- 9 i B u re  E b ] n n n r i o e ,  ( 6 6 2

5                                                3

卜 海大学硕士学位论文

[ ]a si r, kt Tu u iH m n cn o b po n bn p  4 Ys h H r Mao st m.  oi ot l  ht i a叱a o 3 u oi o  s a c  r y  o c  n mc si pt  at n [.  E  c w v ad u e Wae  tr iotp  c n na ] E Mio ae   G i d  v L ts r r a h  e J IE r n d ee ,
19, 1 1-5 99 () 31 9 :

[ ]  gi n e l A vl rah  gi ad  d ih  acmet  4 Y nx Qa, . n e apoc fr n  bnwd ehne n o 4 o i t .  o p a o a n a t n f

pt at ns R W  N9 Poed g: ^ 2. a h e a [.  C ' r ei s2 1 2 4 c n n J A O 8 c n 2 ]

[ ]  iYss , t m Mao , m n cno b po n bng o 4 H r a h Tuu i kt H roi ot l  ht i ada n 5 oi u i s s o a c  r y  o c  p 
mc si pt at n. E io ae  G i d  v Ltr 19,  : iotp c n na IE M c w v ad  d Wae ts 99 91 r r a h  e E r n ue ee ,  ( )
1 -5 31 .

[ ] Rn  gK ag i M , YnxQa, . nvl  w vgi 4 Fi aYn, n- n aad  gi  ea,  eT M  e d 6 e - a u P g  n o i t A  n l o E a ue
ui uiaa cm at o n -ada (CP G sut e IE Tas s g  p nr  pc p t ibngp  - )  c r E E  n n nl o hoc U B t u ,  r r

Mc wvTe y  T hi e 1 94( ) 02 08 ioa h ra e n u ,  , 1 29- 9. r e o n c q s 9 7 :  2 d  9 1
[ ]  c lR br , g -a,  Ma ag i ,  l A eu -op d 4 C cii  eoYn Fi nad  K n- n e a, prr C ul 7 o o o t a eR n u Pg t .  te e pt at n o U - G  sa , E  n. r ae  o ad hi e a h e a  CP sbtt IE TasMio v T er n Tcn us c n n n  B u re E r cw h y  e q ,
19, 1)22-10 994(1: 323 . 7 1

[ ]  ut e a, a d e ui m tl po n bn gp ute o 4 S p t  I r e fts n e l ht i ad  s c r n 8 . a  l n r i r s g  ai G . f l c  o c  a t u s  r

l ie  tt,  . yL t 19, 7 o 721- 1 fx ls sas plhs e. 97V11N . 42 44 e b u re A pP b t ,  6 , 1,  2 .

[ ] 均, 成. 天线理论与 程[] 北 4 张 刘克 微带 9 工 M . 京:国 业出 防工 版社, 98 1 , 8
卜5 . 4

[ ]  uh H r, kt Tu u iH r oi cn o b po n bngp  5 Yssi  r Mao st m .  m n ot l  ht i ada o 0 a oi o  s a c  r y  o c  n
mc si Pt at n[. E E io ae  G i d  v Ltr 19,  iotp  c n na ] IE M c w v ad  d Wae  t s  9 9 r r a h e J   r n ue ee 9
( : - 1. 11 5 )3

[1 Ynx Qa.  ep e D R d iV e lA vl r c f g n  5]  gi n S vni r  aic  t. oe ap a o a ad o i i e p ,  s ,  n a p o h  i n r 
bnwd ehne et  a h ens  R WC N9 Poed g, 1 2. ad ih  acm n opt at a [.  O ' rcei s 2-24 tn f  n n J A c ] 8  n 2 [ ]  R ag R  ci iY a ad Ih P Gast gi ehne n o 5  F  n,  oc l Q n  T  .  - ie a nacmet  2 y C o ,  i n t B ss d n  o f pt at ns  Hg-ietc  nt t  sa [. E A t n ad a h  e a o i De ci C s n sbtt J I E n na  c nn n  h l r o a u re ] E e n

Poaao Sc t 19,( : 0 93 rpgtn  iy  9 8 12-12. i o e 9 3  9 ) [ ]  S K o  K L W n.  cm at rsi at n wt m adr 5  J .  ad  .  g 3 .  u n .  o  A  pc mc tp e a h  ne d o io r n n i e e s tit g ud n[ .  c w v O t e nl e.  01 5 7 ls  e  n p e ] o n  r h o l J Mio ae  .  o Lt2, 0, - a r p Tc .  9 h 2 99 [ ]  . gR C cii Qa ad  t .  - st gi ehne et  5 FR Yn,  oc lY  n  T IhP Ga ie a nacm no 4 .  a .  o,  i n .  B ssd n  o f pt at ns  hg-e ci s sa [.  E  t ns  pgt  I . a h  e a o i d l tc  tt J IE A e a Poaa Sc  c nn n  h ie r u re  E b ] nn r o n t

匕 人学硕 卜 海 学位论文

Sm Dg19, 2- 2 . y p  . 91 01 3 i 9 9 9

[ ] Rd i Y Qa, Cco ad IhN vl  po n bng 5 V  i ,  i R oc l n T t .  e 2 ht i a a 5 a s . n .  ii  .  o - c o D  o c d p
sut e miotp  s  IE Mi o ae i d v L t 19,  1 t c rf c sile [. E c w v G d Wae t 986- r u o r r i J E r  n ] r ue e8  9 7

[ ]  a S K Ds  S PMau Rdtn r tii o h h -d 5 A Ds .  a a .  t r aii ca crts  i eo e 6 . ,  .  n d  . h .  ao h aesc f  rr r g
m ds  iotp  at n. E Po H 1 41216 oeimc sir g e a[ IE  c  3 18, - . n  r r i n n J n ]  r 1 9 0 0 [ ]  e G r Paa B ai ad  e Bh e a,t i o,  r tp 5 R m s a , ks hra n I r  l  l Iib n Mior 7 a h  g r h  t,  n d a t  t o p c si
A t n D s n  dokM] r c H ueL no , 0 4 -7 n na  i H nbo( ,  h  s, dn20 ,  4 e eg a At o e o 0 3

[ ] aiA A t n T er:  l iad  i [ .  Y r, e, 7 5 B l s  n na  o A a s n ds n N w  k Wiy 19, 8 a n . e h y n y s  e g M] e o l 9
7 27 4 2 -8 .

[ ]  na ,  Mag Srl E hne pt at n pr r ac b 5 G zl d 9 o o e  at o l.  acd  c n na  f m ne  ,  oa n a h  e eo y

s p sn s f e  e u n po n - ngp  sa s)IE Tas tn u r s g  a w vs  g  t ib da s tt汇. E  nai s p ei u c a s h o c a r i u reJ E r co b
o Mi o ae er ad  h i e.  , 1) 11 18 n c w v T oy  Tcn us 994 (1 23- 3 . r h n e q 19 7 : 2

仁 大学硕十学位 论文 海

作者攻读硕士学位期间公开发表的论文       
刘培涛, 王坚, 李英, 一种U型开槽的平面倒置F 型双频微带天线, 微波 ,

学 ( 0 年第二期4 份出 ) 报 25 0 月 版。
刘培涛, 李英, 王坚, 一种小型宽频带双缝开槽半圆形微带天线, 微波学报 ( 录用) 己 。

刘 培涛,王坚,李英, 一种U型开槽的平面倒置F 型双频微带天线,刘培
涛, 李英, 王坚, 应用于 G M90 C 10 通信系统中结构紧凑的微带天线 S 01 S 0 D 8

研究,20 04年全国第十届微波集成电路与移动通信学术年会论文集,
p. 5 5 a p 5- 9 2 2

刘培涛。李英,王坚,一种小型宽频带矩形微带天线在无线通信中的应用,

20 年全国第十届微波集成电 04 路与移动通信学术年会论文集, p 6- 4  p. 0 60 2 2
X eog n, a LuXagag  , g  N w m a cni ri udn WagPio  , nyn L Yn L.  c pc ofu tn e t i i i i i e o t  g ao u
o a a ibnps ft ,  rw v O t h o Lt4 (04, -4 . f  r c  das e Mio ae  Tcn l t  20 )1619 c m a e i r c l p e e 1  4

J n n, a Lu Yn L, 0 De ci L ae C vy s a r  i w g Pio  , g  T , ietc  dd  i R o t f a a e t i i i M o  l r o at eno o r Mio ae e Mio ae  Tcnl  4 ( 0) 7- 6 c w v Flr c w v O t hoLt 3  4,  3 . r i , r t p e e t 2 0 33 7

王坚,李英,刘培涛,微波滤波器用 T t Mo 。电介质加载腔式谐振器,20 04

年 第十届 全国 微波集成电 移动 路与 通信学术年会论文 p. 0 7. 集, p 7- 4 2 2
Pio , n LuYn L, y  B G ud  e  ior Pt Atn ea L We a ,  i t oPG  n P noMc si ah  n , t i i i i u g S d n  r u o l f  t c n a a r p  e
( b i d  c w v O t h oL t. S mt tMi o ae  Tcnl t u t o  r e p e e)

Pio  ,  g , a Ls t abn ad m at t gl pt ea Lu Yn L D l l bodad  c pc r a u r c t i i i u -o r n o e n a ah c

a e a( nn , t n 上大学报英文版在审) ,

卜 人 海 学硕上学位论文

致 谢                     
在沦   文即将完成之际,我心中充满了深深的感激之情,因为在本论文的完成
过程中得到了很多人的帮助和支持 !

首先,      衷心感谢我的导师李英教授, 感谢李教授近三年来, 对我的教导、 鼓 励和支持, 深深感谢李教授把我带入了微波射频这一科研领域, 使我在迷茫之中 找到了奋斗的目 标和方向,并在单调、枯燥的科研生活中 感受到了求知的快乐。 导师渊博的学识、 严谨的治学态度、饱满的工作热情是我学习的榜样! 感谢微波实验室己走上工作岗位的王学东博士、姬五胜博士;刘向阳硕士、     
陶林龙硕士、 孙捷硕士, 因为从论文的选题到课题展开得到了师兄们的很多指点

和提携,这使我很快进入课题少走了 弯路。 感谢一起工作学习的王坚硕士、      李淑娟硕士、 刘伟娜硕士、 李素萍硕士、 蔡
青硕士、 武强硕士、 彭祥飞硕士;以及张胜博士、肖健康博士、 张友俊博士,大

家一起科研学习的日子是我一生中难忘的记忆,感谢你们给了我五彩的生活! 感谢上海大学通信学院的王子华研究员,      李铭详副研究员以及学院办公室的
赵检老师、 夏老师, 感谢复旦大学电子工程系王宗欣教授等等所给予的无私帮助。 深深感谢我的家人一爸爸、      妈妈、 姐姐和姐夫,我的女友! 是你们多年来一 直默默无闻无私的奉献在支持着我不断向前, 你们的支持, 无论是精神上还是物 质上的总是那么有力, 它给了我面对任何困难的勇气和力量, 在此我愿将本篇论 文献给你们 ! 最后,感谢评阅本论文的专家学者们,感谢你们为此付出的辛勤劳动。     
感谢所有关心和支持我的人。     

刘培涛

20 年 2月 05


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目前,同时适用于蓝牙、射频识别、全球微波无线互联网和无线局域网这几大主流物联网通信技术标准的多频天线设计较少,为此,提出了一种新的小型化宽频带多频微带天线...

小型化宽带化微带天线_图文.pdf

微带天线小型纯与宽频带技术的研究进展,并 分析了...但新型小型化天线非但没有恶化,反面有了不错的 ...hnoMarconi)在1901年进行了首次跨大 西洋无线通信。...

光子晶体单胞尺寸的小型化及其在天线中的应用研究.pdf

光子晶体材料(UC-PBG)的小型化进行了较详细的研究,基于多种新型光子晶体单...光子晶体结构微带天线及... 60页 1下载券 无线通信中宽频带小型化... ...

天线结课论文(免费).doc

、卫星通信、移动无线通信、以及各种通信设备 当中。...主要针对微带天线宽频带和小型 化技术展开了研究...“光子带隙阵”(PBG-photonic bandgap)基片有极低...

光子晶体结构微带天线及双频微带天线的设计_图文.pdf

微带天线中引入光子晶体结构能够提高微带天线的性能...1.1论文背景随着无线通信技术的不断发展,手持设备的...的要求越来越高, 如天线尺寸小,易集成、宽频带等...

微带天线小型化技术.pdf

小型化微带天线还可用于 PCMCIA 通信和无线 调制解调器中 ,为笔记本电脑等...且在较宽频带范围内频率可调 ( 可达 40 %) , 但铁氧体在微波频段损耗很大 ...

小型宽带微带天线的研究进展.pdf

小型宽带微带天线研究进展_信息与通信_工程科技_专业资料。介绍了当前微带天线...了展宽阻抗频带的几种方法 , 并介绍了目前几种新型的大带宽微带天线和天线阵 ...

微带天线综述 (2).doc

通讯系统中,天线是将射频信号转化 为无线信号的关键...因此设计出具有宽频带小型化微带天线不 但具有一定...今天,这一新型天线已趋于成熟,其应用正在日 俱增...

一种新型双频微带天线的分析与设计.pdf

仿真测试结果表明,这种 新型微带天线具有较好的双频特性大频比特性,可以应用于无线通讯与卫星通信领域。 关键词:微带天线,圆极化,宽频带 Analysis and design ...

适用于移动通信的宽频带微带天线_论文.pdf

适用于移动通信宽频带微带天线 - 该文研究新型宽频带微带天线,采用一种具有双层贴片结构的微带天线的形式,并用在探针顶端加电容性金属圆片来抵消探针感性的方法...

基于光子晶体的小型微带天线的分析与设计_论文.pdf

基于光子晶体小型微带天线的分析设计_电子/电路_工程科技_专业资料。针对传统微带天线低频端尺寸较大的缺点,设计了一种基于光子晶体新型微带天线结构,即通过...

基于地面腐蚀型光子晶体的多频微带天线的设计.doc

本文设计了一种基于光子晶体的小型化多频微带天线,所提出的新型 PBG 结构是在...无线通信中宽频带小型化... 60页 2下载券 谐振型光子晶体及其在微... 60...

一种宽频带微带阵列天线的设计_图文.pdf

天线技术 一种宽频带微带阵列天线的设计中国电子科技...设备小型化设计进行了分析,但设计的关键技术还 包括...陈轶芬 基于光子晶体的小型多频微带天线研究与设计...

微带天线小型化技术_图文.pdf

此外, 小型化微带天线还可用于PCMCIA通信和无线 调制解调器中,为笔记本电脑等...王志敏 微带天线宽频带小型化研究[期刊论文]-成都大学学报(自然科学版) 2011(1...

基于HFSS的宽频带微带天线的设计和仿真.pdf

针对宽频带微带天线进行研究和设计,该天线为双频工作...反射系数 随着无线通信技术的发展, 微带天线得到了...至今人们对微带天线小型化,宽带化,多频化已经有...

电子信息科学与技术系毕设论文(设计)题目.xls

宽频带与紧凑型微带天线研究 (二维)光子晶体带隙结构的研究 常规电子仪器中EMC措施的研究 宽频带随机...室内可见光无线通信系统调制与编码研究 基于偏微分...

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