基本信息
- 项目名称：
- 宽带印刷型引向天线
- 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：
- 提出了一种结构紧凑的印刷引向天线，采用平衡微带线-槽线馈电，充分利用了空间，以减小馈电网络面积和减小天线尺寸
- 详细介绍：
- 提出了一种结构紧凑的印刷引向天线，采用平衡微带线-槽线馈电，充分利用了空间，以减小馈电网络面积和减小天线尺寸。使用电磁仿真软件CST Microwave Studio®对天线的结构参数进行了优化设计，并根据仿真结果对天线的宽带特性和定向辐射特性进行了解释。仿真与实验结果表明：该天线在1.8-3.5GHz的频带内反射系数低于-10dB，相对带宽达到了64.2%（比带宽为1.94:1）。在工作频段内增益为4.5-6.8dBi，天线总体尺寸低于0.34λ0×0.58λ0，其简单结构、较小尺寸和宽频带可以用于PCS/UMTS/WLAN/WiMAX等多个领域。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本文设计的印刷型引向天线通过准微带线-平衡微带线-槽线的馈电结构，使得八木天线的平衡-不平衡转换结构紧凑，同时馈电结构也充当了八木天线的反射器，诸多巧妙的设计使得具有宽频带、高增益、小型化和定向辐射强等特点，同时天线易于组成阵列，能够覆盖PCS/UMTS/WLAN/WiMAX等领域，具有较强的应用价值。
科学性、先进性及独特之处
- 1.提出的八木天线带宽较宽。 2.采用新型的准微带线-平衡微带线-槽线的馈电结构，有效减小天线尺寸，天线测试性能优越。 3.提出的八木天线具有较高增益，并且可以通过组合阵列和增加引向器的方式有效地提高增益。 4.采用了电磁仿真软件CST对天线的表面电流进行仿真研究，解释了天线宽频带阻抗特性和定向辐射特性。 5.提出的八木天线采用印刷电路板形式，结构紧凑，体积小，重量轻，利于集成。
应用价值和现实意义
- 本课题所设计的引向天线体积小，重量轻，具有较高增益，非常适用于基站发射系统，解决了基站发射天线体积大，架设困难的问题。同时，天线的带宽较宽，能够覆盖多个领域的频段，这样可以使用一个天线享受多个频段的服务，具有较高的实际应用价值和现实意义。
学术论文摘要
- 提出了一种结构紧凑的印刷引向天线，采用平衡微带线-槽线馈电，充分利用了空间，以减小馈电网络面积和减小天线尺寸。使用电磁仿真软件CST Microwave Studio®对天线的结构参数进行了优化设计，并根据仿真结果对天线的宽带特性和定向辐射特性进行了解释。仿真与实验结果表明：该天线在1.8-3.5GHz的频带内反射系数低于-10dB，相对带宽达到了64.2%（比带宽为1.94:1）。在工作频段内增益为4.5-6.8dBi，天线总体尺寸低于0.34λ0×0.58λ0，其简单结构、较小尺寸和宽频带可以用于PCS/UMTS/WLAN/WiMAX等多个领域。
获奖情况
- 论文“Research on a Novel Yagi-Uda Antenna Fed by Balanced Microstrip Line”发表在2011 China-Japan Joint Microwave Conference(EI检索会议)； 论文“Printed Direct-Antenna with Skirted Active Dipole”发表在2011 年智能控制与信息技术国际学术研讨会(ISTP和EI检索)； 论文“A Novel Yagi Antenna Fed by Balanced Microstrip”投稿至IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters(SCI源刊)。
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 [J]. Electronics Lett, 1998, 34(23): 2194-2196 [2] Anatoliy O. Boryssenko, Jun Liao, Juan Zeng, Shengling Deng, Valencia M. Joyner and Z. Rena Huang. Radio-Optical Dual-Mode Communication Modules Integrated With Planar Antennas. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, VOL. 58, NO. 2, FEBRUARY 2010，403-410 [3] Frank Weinmann. Design, Optimization, and Validation of a Planar Nine-Element Quasi-Yagi Antenna Array for X-Band Applications. IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 50, No. 1, February 2008. 141-148 [4] Noriaki Kaneda, W. R. Deal, Yongxi Qian, Rod Waterhouse, and Tatsuo Itoh. A Broad-Band Planar Quasi-Yagi Antenna. IEEE Transactions on Antennas and propagation, VOL. 50, NO. 8, August 2002. 1158-1160
同类课题研究水平概述
- 引向天线也叫做八木天线，是一种结构简单的定向天线，自20世纪20年代被日本东北大学的八木秀次和宇田太郎发明以来，在通信和雷达领域中获得了广泛的应用。该天线的特点是：由1个有源振子、1-2个反射器和若干个引向器构成，引向器的数目决定了天线的增益大小。早期八木天线的有源振子为金属圆柱形振子或者折合振子，通过同轴线进行馈电，重量往往较大。随着印刷电路技术的发展，出现了印刷电路板形式的准八木天线，这种引向天线通常将馈电网络、有源振子和引向器印刷在一块电路板上，馈电网络同时充当反射器，可以用同轴线单独馈电，也可以集成到电路中。目前印刷形式的引向天线主要包括以下几种：(1) Qian提出的双面印刷的微带线馈电的准八木天线[1]，该型天线提出较早，研究得也最为深入，已经出现了各种变形形式，主要是变化有源振子的形式，如印刷折合振子[2]、异形宽带振子[3,4]等，为了提高这种天线的增益，可以提高引向器的数目[5,6]或者将其组成阵列[7,8]；(2) T. Kouzaki等人提出的双面印刷的平衡微带线馈电的引向天线[9]，该型天线是将文献[10]提出的印刷对称振子附加一个引向器而得到，具有较宽的带宽；(3) Kyungmin Kim等人提出的双面印刷的SIW馈电的引向天线[11]，该天线将集成介质波导(SIW)[12]这种馈线引入到了定向天线设计中，实现了较宽频带的平衡馈电，但是馈电结构尺寸较大；(4) 王潇牧等人提出的单面印刷的共面波导馈电的引向天线[13]，该天线引入了一个匹配枝节以展宽带宽，并且通过仿真研究获得了较高的增益，但是没有考虑到平衡馈电的问题；(5) V. Deepu等人提出的单面印刷的槽线馈电的引向天线[14]，该天线通过改变引向器中心点的位置，使之偏离了天线的主辐射方向以展宽带宽，同样也没有考虑到平衡馈电问题。
