基本信息
- 项目名称：
- 小型化超宽带印刷天线
- 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：
- 本文研究超宽带天线的基本理论、参数性能和技术指标，从圆片对称振子出发，设计一种采用微带馈电的双极平面印刷超宽带天线。并设计了该圆片振子天线的变形形式——半圆片振子天线。通过CST软件仿真，总结这两种天线的结构参数对天线的影响规律，最后根据仿真优化结果，制作天线实物并进行测试。实验结果表明，该天线具有超宽带特性，在3.1~10.6GHz内，电压驻波比（VSWR）<2.0，H面增益大于-1dB。
- 详细介绍：
- 超宽带天线作为超宽带通信系统的重要组成部分，天线性能的好坏直接影响通信质量，超宽带天线的设计和研究成为天线与电波传播领域的一大热点。目前超宽带天线朝着小型化，轻量化方向发展，以便于应用与超宽带通信系统中，另外平面化的超宽带天线也是一种趋势，超宽带天线要集成到便携移动设备中。 本文研究超宽带天线的基本理论、参数性能和技术指标，从圆片对称振子出发，设计一种采用微带馈电的双极平面印刷超宽带天线。并设计了该圆片振子天线的变形形式——半圆片振子天线。通过CST软件仿真，总结这两种天线的结构参数对天线的影响规律，最后根据仿真优化结果，制作天线实物并进行测试。实验结果表明，该天线具有超宽带特性，在3.1~10.6GHz内，电压驻波比（VSWR）<2.0，H面增益大于-1dB。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本文研究超宽带天线的基本理论、参数性能和技术指标，从圆片对称振子出发，设计一种采用微带馈电的双极平面印刷超宽带天线。并设计了该圆片振子天线的变形形式——半圆片振子天线。通过CST软件仿真，总结这两种天线的结构参数对天线的影响规律，最后根据仿真优化结果，制作天线实物并进行测试。
科学性、先进性及独特之处
- 1.提出的印刷型超宽带全向天线，在3-15GHz的VSWR<2，天线的尺寸仅为40mm×20mm。 2.采用新型的同轴线-准微带线-平衡微带线的馈电结构，在超宽带频带内解决平衡馈电问题。 3.该天线具有H面全向辐射特性，在与极化正交的方向上的电平值要比传统的单极超宽带天线高5-10dB。 4.采用了电磁仿真软件对天线的表面电流进行仿真，解释了天线超宽频带阻抗特性和馈电结构的平衡馈电原理。
应用价值和现实意义
- 随着超宽带通信方式的提出，工作于3.1~10.6GHz的宽频带天线成为了学者研究的热点，本文提出的超宽带天线由于引入的准微带线-平衡微带线馈电方法，有效地解决了超宽带对称振子天线的平衡馈电问题。天线在3.0-15.0GHz的频带内驻波系数低于2.0，辐射方向图具有H面全向性。天线采用印刷电路板制作，实际尺寸为40×20×1.0mm3，体积很小，容易与通信系统集成。
学术论文摘要
- 提出了一种新型的平衡微带线馈电的圆片对称振子印刷天线，平衡微带线的引入有效地解决了超宽带对称振子天线的馈电问题。天线为印刷电路板结构，圆片对称振子印刷在厚度为1.0mm的FR-4介质板的一侧，平衡微带线的一支印刷在圆片一侧与一个圆片相连，另一支印刷在介质板的另一侧，与另一个圆片通过过孔相连。测量所得的频带宽度在3.0-15.0GHz的VSWR<2，比带宽为5:1。天线的尺寸仅为40mm×20mm，且结构简单，非常适合用于短距离超宽带通信领域。
获奖情况
- 论文“小型化平衡微带线馈电的超宽带圆片对称振子印刷天线”的英文稿发表在Progress In Electromagnetics Research C, Vol. 19, 73～83, 2011(国际杂志，EI：20111013723821) 论文“小型化平衡微带线馈电的超宽带半圆片单极印刷天线”的英文稿发表在Progress In Electromagnetics Research Letters, Vol. 23, 157～163, 2011 (国际杂志，EI源刊)
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] J. Liang, C.C. Chiau, X. Chen and C.G. Parini, “Printed circular disc monopole antenna for ultra-wideband applications,” Electronics Letters, Vol. 40, No. 20, 1246-1247, 2004 [2] Symeon Nikolaou, Nickolas D. Kingsley, George E. Ponchak, John Papapolymerou and Manos M. Tentzeris, “UWB elliptical monopoles with a reconfigurable band notch using MEMS switches actuated without bias lines,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 57, No. 8, 2242-2251, 2009. [3] R. Gayathri, T.U. Jisney, D.D. Krishna, M. Gopikrishna and C.K. Aanandan, “Band-notched inverted-cone monopole antenna for compact UWB systems,” Electronics Letters, Vol. 44, No. 20, 1170–1171, 2008. [4] L.-H. Ye and Q.-X. Chu, “Improved band-notched UWB slot antenna,” Electronics Letters, Vol. 45, No. 25, 1283-1285, 2009.
同类课题研究水平概述
- 具有宽带特性的最早天线是双锥天线,首先由英国洛奇(Lodge) 在1898 年制成。它可看成是激励TEM 模的均匀渐变线，因而其输入阻抗具有宽频带特性,其带宽主要受有限尺寸所导致的终端反射影响。随后的改进主要有：卡特(Carter) 的改进型双锥天线和单锥天线(1939) ，谢昆诺夫(Schelkunoff) 的球形天线(1941) ,坎多伊恩( Kandoian) 研制的盘锥天线(1945) ，布里渊(Brillouin) 的全向和定向同轴喇叭天线(1948) 等。这些天线都是三维结构，因而体积比较庞大。到了上世纪五、六十年代，拉姆齐(Ramsey) 等人提出了一类非频变天线，如对数周期天线，平面等角螺旋天线等，这类天线可实现超过10:1的阻抗带宽且体积相对较小。但这类天线是通过辐射有效区的转移来实现超宽带辐射的,其不同频率相位中心的变化导致发射脉冲的波形失真,因此无法满足UWB 技术要求。
