-
21新世纪以来，信息技术发展十分迅猛，科技更是日新月异，空间电磁环境愈发复杂，这对无线通信的设计者提出了更多挑战，多样化、小型化天线不断涌现，有限的频率资源利用率随之攀高。小到手机天线，大到合成孔径雷达都要求其具备多频段工作的能力。顺应无线通信技术的发展潮流，天线设计工程师们也相应的设计出了双频、三频以及多频等天线形式，其中较为广泛的多频天线有微带天线、倒F天线、单极子天线以及缝隙天线等结构。微带天线具有低剖面，易于共形的优点，而且能通过多层重叠贴片、单一贴片加载、开槽等方式实现多频，目前应用广泛；倒F天线具备双极化的特性，尺寸较小、后向辐射小、制作简单；单极子天线，其具备较宽的工作带宽和水平方向全向辐射的特性，另外其尺寸较小、易于集成；而缝隙天线相对而言拥有更宽的带宽，通过导体之间的缝隙向外辐射，易于加工、成本较低。这些天线有各自的优点，在现代无线通信等领域有着广泛的用处，在导航、航空航天、卫星、移动通信等系统中发挥着不可替代的作用。天线实现多频方案较多，较为常见的为以下几种：25386
- 上一篇：多棱盒拉深成形发展研究现状
- 下一篇：汽车驾驶机器人国内外研究现状
1、引入多谐振枝节法。即在原来的天线结构中加载谐振枝节，在电路模型中相当于引入新的谐振点，每个枝节等效于一个独立的天线，与此同时这些新的谐振枝节和原来的天线共用原有的谐振点，从而加载了谐振枝节的天线能在不同的频率下工作，实现了多频段工作的要求。图1.1展示了一种采用三叉戟形馈电的印刷单极子天线[1],可以覆盖三个频段。图1.2展示了加载寄生贴片的三频段印刷单极子天线[2]，通过绕环和圆角换切角实现了小型化和天线阻抗性能改善。
图1.1 三叉戟馈电多频天线 图1.2 三频段单极子天线
2、采用缝隙加载法。可以在天线贴片上开槽改变原来的场分布，从而改变天线的谐振频率，优化后可得双频或多频。图1.3展示了两个螺旋形分布的缝隙天线[3]，螺旋结构的缝隙能改变贴片表面的电流分布，这种贴片上的变化将会激发另一个谐振频率，最终实现双频。该种天线可以覆盖1.58-1.62GHz和2.609-2.702GHz两个频段。图1.4展示了采用加载U型槽实现三频的天线结构[4],图1.5给出了类似的三频实现方法[5]。由图可知，天线含有“C”字形和“U”字形开槽且在背部地板引入双“I”形开缝，可以使天线实现三频工作。论文网
图1.3双螺旋缝隙天线 图1.4加载U槽三频天线 图1.5加载切槽三频天线
3、采用叠加结构的方法。包括水平方向的叠加和垂直方向上的叠加，这种设计方法也是多频设计的常用手段。在单层基片上添加多个贴片或寄生枝节，图1.6展示的就是利用该方法实现多频的结构，该天线由一个半圆环型结构和加载的两个寄生单元实现三频段工作，其中半圆环结构单独产生一个频率，同时引入两个寄生水平臂单元产生第二个和第三个频率[6]。图1.7,1.8所示的天线结构也采用了相同的原理[7-8]。分别采用环形贴片和方环嵌套实现双频或多频，其中枝节起调整匹配的作用。
图1.6半圆环三频结构 图1.7环形嵌套双频结构 图1.8方形嵌套双频结构
以上所述都是水平结构的叠加，与之相对应的就是垂直叠加，例如圆形、三角形、矩形或者环形等形状的天线贴片按照一定的方式垂直叠加到一起。为了减少馈电能量损耗和实现良好的匹配，一般多层重叠结构馈电方式主要采用耦合馈或者同轴馈。图1.9展示了垂直层正交圆极化贴片每一层的结构，该天线采用耦合馈电方式拓展天线带宽[9]。图1.10展示了空气介质微带垂直叠层贴片天线，并采取切角手段实现圆极化特性[10]。图1.11展示了采用两层贴片和QIFA实现天线的三频圆极化，此外还可以将其中一个频段采用多元法设计，和余下的两个频段共用介质板，天线结构得到优化，稳定性提升