WLAN频段的电磁带隙结构及其在微带天线设计中的应用研究

来源 :重庆邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:danfengtaoyang
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随着通信和网络技术的发展,人们对网络信息的需求越来越高,希望能够打破传统有线网络模式,实现无地域限制的无线通信。微带天线是WLAN系统中重要元件之一,但其本身存在表面波严重、损耗大等缺点,大大限制了它的广泛应用。将电磁带隙(Electromagnetic Band Gap,EBG)结构应用于微带天线设计,可以有效改善这些问题,从而提高天线的性能。本文研究WLAN频段EBG结构的电磁特性及其应用在微带天线设计中的一些技术问题,主要研究内容如下:  (1)研究运用相关技术实现微带天线的双频或多频特性和小型化特性。(2)研究电磁带隙结构的各参数对带隙性能的影响:运用HFSS逐一对EBG结构的各个参数进行建模,仿真结果显示,EBG结构的中心频率随着金属贴片尺寸w、介质基板厚度t和相对介电常数 r?的增大而减小;随着金属贴片缝隙宽度g和金属过孔半径r的增大而增大;一般EBG单元数至少为6,才能形成稳定带隙。所以只有对EBG结构各参数的适当选取才有利于实际应用,不同过孔半径以及不同尺寸的EBG结构单元级联可以有效实现EBG结构的宽频特性。(3)研究运用相关技术实现电磁带隙结构的小型化和双频工作特性:通过分析和研究常见的小型化EBG结构,得出实现EBG结构的小型化可以通过增大等效电感或等效电容方法。本文应用增大等效电感的方法,设计了一款新型EBG结构—MEBG结构,这种EBG结构的中心频率比传统蘑菇型EBG结构下降了37.5%,可有效实现EBG结构的小型化。采用金属过孔位置变换法设计了新型EBG结构——V-MEBG结构,产生了2个谐振点,实现了EBG结构的双频特性。(4)采用EBG结构的周围和下部加载方式设计了四款EBG结构微带天线:(a)采用EBG结构的周围加载的方式,设计了一款EBG微带天线,其系统的整体尺寸也仅为47.4mm×36.8 mm,实现了天线的小型化。(b)将设计的新型小型化MEBG结构代替蘑菇型EBG结构,其尺寸比蘑菇型EBG结构缩小了44.9%,进一步实现了EBG微带天线的小型化。(c)将设计的新型小型化V-MEBG结构加载于普通微带天线的周围,设计了一款双频的EBG微带天线,天线的低频段满足了WLAN的工作要求。(d)采用EBG结构的下部加载方式设计了一款工作于WLAN频段的双频EBG微带天线。最后,对电磁带隙结构的加载方式进行了相关研究。  本文基于WLAN频段电磁带隙结构研究为进一步设计改善天线的性能提供了思路,所设计EBG结构微带天线的性能在多方面都取得了较好的效果,可以为移动通信、WLAN系统的天线设计提供参考。
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