基本信息
- 项目名称：
- 具有复合型抛物线边界反射器的宽带高增益引向天线
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 具有复合型抛物线边界长反射器的印刷宽带高增益引向天线，该天线具有低剖面、带宽宽、增益高，馈电简单等特点。该天线可以在2.12-3.37GHz的频率范围内满足反射系数低于-10dB，在该频率范围内的增益为4.0-5.4dBi，较为稳定，其尺寸仅为110mm×50mm，可以应用于WLAN领域。
- 详细介绍：
- 提出了一种具有复合型抛物线边界长反射器的印刷宽带高增益引向天线，该天线具有低剖面、带宽宽、增益高，馈电简单等特点。使用CST Microwave Studio®软件分析了天线金属表面电流，通过对天线的金属辐射体上的表面电流的分析，建立了与天线辐射特性等效的对称振子阵列模型，解释了天线的辐射原理。可以通过控制反射器边界形状和长度的方式对天线的增益进行改善。根据仿真分析结果制作了天线样机进行了测试，该天线可以在2.12-3.37GHz的频率范围内满足反射系数低于-10dB，在该频率范围内的增益为4.0-5.4dBi，较为稳定，其尺寸仅为110mm×50mm，可以应用于WLAN领域。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 为了展宽八木天线的带宽并提高其增益，采用了具有复合型抛物线边界的反射器，利用CST软件对天线的参数进行设计与优化，最终得到了最佳指标的天线的结构参数，根据该参数结合CST的仿真结果对天线的电性能进行了解释，提出等效的辐射模型。最后制作了天线的样机进行测试，用实验结果验证仿真思路和模型的正确。
科学性、先进性及独特之处
- （1） 首次提出了微带-平衡微带线馈电且具有复合型抛物线反射器的八木天线，该天线具有40%以上的带宽和较高的增益； （2） 提出了天线的等效对称振子阵列模型，可以很好地解释天线的辐射特性； （3） 提出的天线在结构尺寸、带宽和增益三个指标均得到了良好的结果，优于文献中提出的传统八木天线。
应用价值和现实意义
- 提出了一种具有复合型抛物线边界长反射器的印刷宽带高增益引向天线，该天线具有低剖面、带宽宽、增益高，馈电简单等特点。该天线可以在2.12-3.37GHz的频率范围内满足反射系数低于-10dB，在该频率范围内的增益为4.0-5.4dBi，较为稳定，其尺寸仅为110mm×50mm，可以应用于WLAN领域。
学术论文摘要
- 提出了一种具有复合型抛物线边界长反射器的印刷宽带高增益引向天线，该天线具有低剖面、带宽宽、增益高，馈电简单等特点。使用CST Microwave Studio®软件分析了天线金属表面电流，通过对天线的金属辐射体上的表面电流的分析，建立了与天线辐射特性等效的对称振子阵列模型，解释了天线的辐射原理。可以通过控制反射器边界形状和长度的方式对天线的增益进行改善。根据仿真分析结果制作了天线样机进行了测试，该天线可以在2.12-3.37GHz的频率范围内满足反射系数低于-10dB，在该频率范围内的增益为4.0-5.4dBi，较为稳定，其尺寸仅为110mm×50mm，可以应用于WLAN领域。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]Qian Y, Deal W R, Kaneda N, et al. Microstrip fed Qusai-Yagi antenna with broadband characteristics. Electronics Lett, 1998, 34(23): 2194-2196 [2]Kyungmin Kim, Jindo Byun and Hai-Young Lee. “Substrate Integrate Waveguide Quasi Yagi antenna using SIW-to-CPS Transition for Low Mutual Coupling,” IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), 2010:1-4. [3]T. Kouzaki, K. Kimoto, S. Kubota, A. Toya, N. Sasaki, T. Kikkawa. “Quasi Yagi-Uda Antenna Array for Detecting Targets in a Dielectric Substrate,” ICUWB 2009 (September 9-11, 2009), 759~762. [4]Huey-Ru Chuang, and Liang-Chen Kuo. 3-D FDTD Design Analysis of a 2.4-GHz Polarization-Diversity Printed Dipole Antenna with Integrated Balun and Polarization-Switching Circuit for WLAN and Wireless Communication Applications. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, VOL. 51, NO. 2, FEBRUARY 2003，374-381
同类课题研究水平概述
- 引向天线又称为八木天线，由日本东北大学的八木秀次和宇田太郎于1928年发明，自从问世以来，由于其具有简单的结构以及较高的增益，已经广泛应用于无线电通信以及雷达系统中。这种天线的结构一般是由一副有源振子（通常为半波振子）、1个反射器和若干个引向器组成，典型的结构为圆柱形振子结构。随着对该天线研究的深入，先后出现了有源振子为折合振子、扇形振子、圆锥振子等形式的引向天线，反射器也出现了角反射器和抛物面反射器等形式。随着印刷电路技术的发展，由Qian等人首先提出了印刷电路形式的准八木天线，这类天线一般是将反射器和馈电网络进行一体化设计，集成馈电线的地板就是引向天线的反射器，如文献【1】的微带线馈电网络，这是一种典型的印刷型准八木天线，它的馈电网络包含了平衡-不平衡转换器（BALUN）和阻抗变换器，这种八木天线的增益可以通过增加引向器的数目和组成阵列实现。文献【2】设计了一种介质集成波导馈电的八木天线，也是通过馈电结构实现了平衡和匹配的问题。文献【3】在平衡微带线馈电的对称振子天线【4】的基础上设计了一种八木天线，实现了平衡馈电，没有引入反射器。文献【5】提出了一种槽线馈电的单面印刷八木天线，通过控制引向器的位置实现了较宽的带宽。文献【6】仿真研究了一种印刷型的抛物线形反射器的定向辐射天线，实现了高增益，但是带宽较窄。 上述天线单元的特点是，具有较宽阻抗带宽的同时结构尺寸较大，尤其是馈电结构的尺寸较大。具有较高增益的天线的带宽却又较窄。需要在天线的尺寸、带宽和增益三者之间实现平衡。本文提出一种具有复合型抛物线边界反射器的引向天线，通过对反射器的设计，以实现天线增益的提高，通过引入微带-平衡微带线的馈电结构实现天线的宽频带。最终设计出一种具有较高增益、较宽带宽和较小尺寸的引向天线单元。在文中首先通过CST Microwave Studio®软件对天线的表面电流进行了仿真分析，在此基础上建立了天线的等效对称振子阵列的模型，通过分析该模型对所设计的天线的工作原理进行了解释。
