基于CST仿真平台的双频介质谐振器天线设计开题报告

 2021-12-10 17:46:07

1. 研究目的与意义(文献综述)

通信是人类传递信息的一种非常重要的手段,信息是人类生存和发展所必需的资源,在一定程度上,通信的发展程度决定社会的发展阶段。在无线通信系统中,天线是其中非常重要的一个组成部分,天线的作用主要是将高频电流转化为电磁波,即发射信号,或将电磁波转化为高频电流,即接收信号。随着信息化程度越来越高,无线通信的应用也越来越广泛,对发射接收装置-天线的要求也越来越高,天线向着小型化、集成化、智能化和拓展带宽的方向发展。由于微带天线存在着一定限制,例如在高频段的欧姆损耗高,以及在低频段所制成的天线尺寸过大,所以对一种新的天线-介质谐振天线的研究越来越深入,关注越来越广泛。由于介质谐振器由非金属材料制成,所以避免了欧姆损耗和表面波损耗,特别是在高频条件下损耗更小,所以由介质谐振器制成的天线辐射效率较高;当介电常数一定时,介质谐振器的尺寸随着天线在谐振频率处自由空间的波长的减小而减小,所以频率越高,介质谐振器的外形尺寸越小,满足天线设计小型化的要求;介质谐振器具有较宽的带宽,并且其带宽特性能够通过改变谐振器的外形轻易地改变,从而获取所需的带宽特性;介质谐振器具有多种馈电方式:同轴探针馈电、缝隙耦合馈电、微带线馈电、共面波导馈电等,并且能够有效地运用其他天线的馈电技术到自身;介质谐振器耦合低,在阵列中没由于表面波而导致的互耦,对于阵列天线来说,能够提高性能。

1939年美国斯坦福大学的学者首次提出介质谐振器,但由于受各种条件的限制没有得到有效应用,在20世纪60年代随着微波技术的发展,介质谐振器到达一个发展高潮,近年来,国内外都对双频介质谐振天线做了大量研究,并且双频天线已在wlan、基站、gps、等领域的通信系统中的到广泛应用,分析介质谐振器的性能可知,介质谐振器在移动卫星通讯、雷达系统以及相控阵天线等领域中具有相当大的潜在应用价值。目前,对于介质谐振天线的研究主要有下列几方面:多种多样的馈电形式、高的增益、圆极化介质谐振器、双频以及多频介质谐振器。

本次所设计的t型双频介质谐振器,不但能够同时覆盖两个不同的通信标准,减少天线体积与制作成本,而且与微带天线相比,不仅拓展了带宽还获得了更高的辐射性能,具有更高的实用价值。

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2. 研究的基本内容与方案

所设计的天线由最下层的接地板、位于接地板上方与接地板面积相同高度不同的介质基板和最上层的介质谐振器构成,采用SMA同轴馈电的馈电方式,以获得更好的阻抗匹配的同时降低后期的加工难度。通过对矩形介质谐振器进行切割,以此激励出双模,但在切割时要保证介质谐振器关于y轴对称,来确保天线的方向性,从而能有效利用功率,提高信噪比,并通过调节切割的长和宽,使介质谐振器工作在特定的两个模式。用相对介电常数为4.4的FR4-epoxy(玻璃环氧树脂)材料来制造介质基板;使用相对介电常数为10的Arlon AR1000来制作介质谐振器,微带馈线、接地板以及SMA均用pec材料来制备。一般情况下,介质谐振器在刚开始设计为正方形,由于切割的尺寸大小对天线的频带范围和谐振点起着决定性作用,所以后期通过CST软件仿真优化得出谐振点分别在5.2GHZ和5.8GHZ的最佳切割数据,再对谐振器和介质基板进行切割,得到工作在5.2GHZ和5.8GHZ的T型双频介质谐振器天线。该天线增益较高,并且方向性好,即能够保证最大增益点是沿着z轴的方向,覆盖了5.2GHZ和5.8GHZ两个频段,能有效避免通信系统在2.4GHZ的拥挤,实用价值高。

3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需理论知识及软件使用。确定方案,完成开题报告;

第4-9周:根据任务书需求,构建详细设计方案;

第10-13周:优化天线设计并进行调试;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]郑浩天. 应用于wlan的多频介质谐振器天线研究和设计[d].西南交通大学,2018.

[2] 郑浩天,林文斌,阚国锦,等.一种应用于wlan双频的t型介质谐振器天线[j].现代电子技术. 2017(21):46-48.

[3]yuehege,karu p.esselle,trevor s.bird. a wideband probe‐fed stacked dielectric resonator antenna[j]. microw. opt. technol. lett.,2006 (8):1630-1633.

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