第一篇：無線通信系統中差分雙頻封裝天線及寬帶接收機研究與設計（范文）

無線通信系統中差分雙頻封裝天線及寬帶接收機研究與設計 【摘要】：隨著無線通信的發展,移動終端已經發展成為個人智能設備。射頻前端作為移動終端的重要組成部分,其向著小型化、多標準接入、低成本和高性能方向發展。封裝天線是解決系統高集成度最有前景的方案,其研究受到了廣泛的關注。同時,無線通信系統要求射頻前端擁有寬頻帶和多頻段工作的性能。因此,本文主要研究了差分雙頻封裝天線和寬帶的射頻接收機。論文的主要內容如下：首先,介紹了差分雙頻封裝天線的研究和發展現狀、描述天線基本性能的幾個重要參數,以及天線的數值分析方法。同時,介紹了典型射頻接收機結構和技術指標。其次,提出了一種多層結構的差分雙頻封裝天線(AiP),主要研究了封裝結構和T型縫隙對天線性能的影響。封裝結構的引入激勵了一個新的諧振點,使得天線實現雙頻工作,并提高了阻抗匹配性能。T型縫隙的引入優化了高頻段的匹配性能并抑制了高次模對高頻輻射性能的影響,使得高頻方向圖的分瓣現象得到了改善。測量結果表明,該天線工作于2.49GHz和5.8GHz,與仿真結果基本吻合,10dB相對帶寬分別為1.61%(2.47-2.51GHz)和5.51%(5.67-5.99GHz),且具有良好的輻射性能。最后,提出了一種采用零中頻解調方式的寬頻帶接收機。該接收機采用LinearTechnology公司的LT5575和LT6600-20芯片實現解調、基帶信號濾波和放大的功能。測試結果表明,該接收機實現了良好的寬帶工作,工作帶寬為1.2GHz(1.5GHz-2.7GHz),并且在整個工作頻段內實現較好的性能,解調信號的帶寬為20MHz,接收機

增益約為13dB,射頻信號的最小接收功率為-25dBm。同時,本文采用GSM信號進一步測試了接收機的接收性能。【關鍵詞】：無線通信系統封裝天線差分天線雙頻天線寬帶接收機零中頻接收機 【學位授予單位】：山西大學 【學位級別】：碩士 【學位授予年份】：2013 【分類號】：TN820;TN858 【目錄】：中文摘要8-9ABSTRACT9-11第一章緒論11-231.1課題研究的背景及意義11-121.2無線通信系統中天線的研究現狀12-141.2.1封裝天線12-131.2.2差分天線13-141.3微帶天線的雙頻技術14-151.4典型射頻接收機的結構15-171.4.1超外差接收機結構15-161.4.2零中頻接收機結構16-171.5本文的研究內容和主要貢獻17-18參考文獻18-23第二章天線基礎理論及接收機的技術指標23-302.1天線的基本參數23-262.1.1天線的輸入阻抗、駐波比和回波損耗23-242.1.2天線的輻射方向圖和方向性24-252.1.3天線的增益252.1.4天線的頻帶寬度25-262.1.5天線的極化特性262.1.6天線的效率262.2天線的數值分析方法26-272.3接收機的技術指標27-282.3.1噪聲系數27-282.3.2靈敏度282.3.3動態范圍282.4本章小結28-29參考文獻29-30第三章差分雙頻封裝天線研究與設計30-413.1引言303.2差分雙頻封裝天線研究與設計30-393.2.1差分天線的理論30-313.2.2天線的設計及其結構31-333.2.3天線的性能分析33-383.2.4測量結果及分析38-393.3本章小結39-40參考文獻40-41第四章寬帶

零中頻接收機的研究和設計41-484.1引言414.2接收機的設計41-434.2.1接收機電路的總體設計41-424.2.2解調芯片的電路設計424.2.3濾波和放大電路的設計42-434.3接收機實際電路的測試和分析43-464.4本章小結46參考文獻46-48第五章天線和接收機的測量48-545.1天線的測量48-525.1.1天線S參數的測量48-495.1.2天線遠場特性的測量49-525.2接收機的測量52-53參考文獻53-54第六章總結與展望54-56攻讀學位期間取得的研究成果及參與科研的項目56-57致謝57-58個人簡況及聯系方式58-60

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第二篇：無線通信系統中寬帶無源器件的研究與設計

無線通信系統中寬帶無源器件的研究與設計

【摘要】：隨著無線通信的快速發展,射頻系統對微波無源器件提出了更高的要求,要求射頻前端的無源器件能夠實現小型化、寬通帶。基片集成波導濾波器憑借其自身的優勢,如重量輕,小型化和容易與其他器件集成,近幾年受到學者廣泛的研究。同樣,圓極化天線也已經被廣泛地運用在衛星通信和脈沖雷達等領域,迫切需求天線有更高的阻抗帶寬和軸比帶寬。本論文首先研究并提出了一款基于SIW的小型化寬帶濾波器,然后提出了一款寬帶圓極化天線。本論文的主要內容主要分為以下三個部分：首先,介紹了無線通信中基片集成波導濾波器和圓極化天線的研究現狀,然后介紹了表征濾波器和天線性能的幾個重要參數及其數值分析方法。其次,提出了一款基于折疊基片集成波導(SIFW,SubstrateIntegratedFoldWaveguide)的小型化寬帶帶通濾波器,并給出了仿真結果。為了改善通帶低端的帶外抑制特性,通過引入交叉耦合結構,產生了兩個傳輸零點。此外,通過在頂層和底層金屬微帶上刻蝕互補諧振環(CSRR,ComplementarySplit-RingResonators),改善了通帶高端的帶外特性。仿真結果表明,濾波器的工作頻率在7.1GHz,相對帶寬約為47%,通帶內回波損耗優于-15dB,插入損耗小于0.7dB。最后,提出了一款寬帶圓極化縫隙天線,縫隙天線的圓極化輻射由微帶饋線的臨近耦合激勵產生。為了獲得較寬的軸比帶寬,3dB軸比通帶內有三個圓極化模式被激勵。同時,采用漸變式饋電結構改善了輸入端口的阻抗特性。結果表明,本文提出的天線圓極化帶寬為

56%(3.17GHz-5.65GHz),阻抗帶寬為64%(2.96GHz-5.75GHz),天線峰值增益為3.5dB。【關鍵詞】：無線通信系統SIFW濾波器小型化寬帶天線圓極化天線

【學位授予單位】：山西大學 【學位級別】：碩士 【學位授予年份】：2013 【分類號】：TN713;TN821.1 【目錄】：中文摘要10-11ABSTRACT11-13第一章緒論13-231.1課題研究的背景及意義131.2無線通信系統中無源器件的研究現狀13-151.2.1基片集成波導濾波器13-141.2.2圓極化天線14-151.3微帶天線的寬帶技術15-161.4本文的研究內容和主要貢獻16-17參考文獻17-23第二章濾波器及天線基礎理論23-322.1引言232.2濾波器的技術指標23-242.3頻率變換24-272.3.1低通到高通的頻率變換252.3.2低通到帶通的頻率變換25-272.3.3低通到帶阻的頻率變換272.4天線的基本參數27-302.4.1天線的方向性系數與增益27-282.4.2天線的反射系數與回波損耗28-292.4.3天線的輸入阻抗292.4.4天線的頻帶寬度292.4.5天線的輻射效率29-302.4.6天線的交叉極化302.5電磁仿真算法-有限元法及仿真軟件HFSS30參考文獻30-32第三章基于SIFW濾波器的研究與設計32-423.1引言323.2基片集成波導技術32-343.2.1基片集成波導結構32-333.2.2基片集成波導傳輸特性333.2.3基片集成波導-微帶轉換器的設計33-343.3耦合理論與輸入輸出設計34-363.3.1耦合系數34-353.3.2耦合拓撲結構設計353.3.3外

部品質因數值的計算35-363.4基于SIFW濾波器的設計36-403.4.1濾波器結構36-373.4.2互補型開口環諧振環設計37-383.4.3濾波器敏感性分析38-393.4.4仿真結果分析39-403.5本章小結40參考文獻40-42第四章寬帶圓極化天線的研究與設計42-524.1引言424.2圓極化技術42-454.2.1圓極化原理42-434.2.2圓極化實現技術43-454.3圓極化天線的設計45-494.3.1天線結構的設計45-464.3.2天線設計與性能分析46-474.3.3仿真結果分析47-494.4本章小結49-50參考文獻50-52第五章器件制作工藝及測試系統52-575.1無源器件的制作過程525.2S參數測試系統52-545.3天線測試系統54-555.3.1測試設備及原理54-555.3.2輻射方向圖的測量555.3.3天線軸比的測量55參考文獻55-57第六章總結57-58攻讀學位期間取得的研究成果及參與科研的項目58-59致謝59-60個人簡況及聯系方式60-62

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第三篇：超寬帶天線的研究與設計

超寬帶天線的研究與設計

李慶婭 李晰 唐鴻燊

摘 要： 本文設計了一款差分微帶超寬帶天線，通過改變饋線和尺寸和接地板上縫隙的半徑,優化了天線的性能，所實現的天線帶寬為11.5 GHz，且有較好的輻射特性。在此基礎上，通過在兩貼片上對稱地開槽，得到了在5 GHz處有陷波特性的超寬帶天線。關鍵詞：超寬帶天線；差分天線；帶阻特性

Research and Design of Ultra-wideband Microstrip Antenna

Li Qing-Ya, Li Xi, Tang Hong-Shen Abstract: In this paper, a differential microstrip ultra-wideband antenna is designed.It is optimized by changing dimensions of feeding line and radius of slot in the ground.The simulated and measured results show that the frequency bands of antenna is 11.5 GHz.Also, it has good radiation characteristics.Based on this, by etching the slot in the patch symmetrically, the ultra-wideband antenna with band-notch characteristics at 5 GHz is achieved.Key words: Ultra-wideband antenna;differential antenna;band-notch characteristics 引言

近幾年,隨著超寬帶(UWB)通信技術的快速發展，對應用于短距離無線通信系統中的天線提出了更高的要求，不僅要求天線尺寸小、剖面低、價格便宜，易于加工并可集成到無線電設備內部，同時，還要求天線阻抗帶寬足夠寬，以便覆蓋整個UWB頻段。美國聯邦通信委員會(FCC)規定UWB信號的頻段為3.1 GHz-10.6 GHz。這個通信頻段中還存在劃分給其他通信系統的頻段，如5.15 GHz到5.35 GHz的IEEE802.11a和5.75 GHz到5.85 GHz的Hiper-LAN/2。

在接地板上開縫是實現超寬帶天線的方法之一，常見的縫隙形狀如倒錐形[1]、矩形、半圓形、梯形[2]等。文獻[2]中仿真優化并制作了一個小型化超寬帶微帶天線，在整個工作頻段2.15-13.47 GHz內，該天線的回波損耗均在-10 dB以下，增益基本穩定在3~6 dB之間，并具有比較穩定的輻射特性。在超寬帶天線的基礎上通過在輻射貼片上開槽實現帶阻特性，槽的形狀有L形[3]、矩形[4]、E形[5]等，文獻[5]提出了一種新型的具有雙阻帶特性的超寬帶天線，制作出實物并驗證了天線的超寬帶和陷波特性，即在中心頻率3.75 GHz和5.5 GHz附近的頻帶范圍內具有良好的陷波特性。

本文首先設計了超寬帶天線，研究了天線的回波損耗S11和輻射特性與天線環形接地板尺寸的關系，改善了天線的帶寬。在此基礎上，通過改變貼片和微帶線的尺寸。并利用折合形開槽技術在貼片上開槽，有效實現阻帶。2 天線設計

本文設計天線結構如圖1所示。圖1(a)中天線的輻射貼片，位于介質基板的上表面，圖1(b)是刻蝕了圓形縫隙的地，位于介質基板的下表面；天線采用介質為RogerS RT/duroid 6006，相對介電常數為6.15，厚為0.5mm的介質基板，尺寸為 29.6 mm×33.6 mm；饋電部分為50歐的微帶線。

(a)正面結構

(b)反面結構

圖1 天線平面結構示意圖 仿真結果

天線的設計尺寸為p2l=5.3 mm、p2x=2.7 mm、p1l=5.4 mm、p1x=0.23 mm、cr=13.4 mm。采用三維電磁仿真軟件HFSS對所設計天線進行仿真，結果表明cr、p2l和p1x對天線的帶寬影響較大。圖2-4給出了這些參數變化時，天線的反射系數。當研究天線的某一尺寸與天線特性的關系時，保持其他尺寸不變。

圖2給出了不同cr值時天線S11的仿真結果，可以看出工作頻率的最小值fmin隨cr的增加而增加，由2.5 GHz增加到3 GHz；工作頻率的最大值fmax隨cr的增加而減小，由13 GHz減小到11.8 GHz。當cr=13.0 mm時，帶寬最大，為2.5-13 GHz，實現超寬帶10.5 GHz。

圖3給出了不同p2l值時天線S11的仿真結果，可以看出改變p2l的值對7 GHz處的S11值有明顯改善作用。當p2l=5.0 mm時，7 GHz處的S11值變化明顯由原先的-11.334 dB下降到-37.6264 dB。

圖4給出了不同p1x值時天線S11的仿真結果，可以看出改變p1x對7 GHz處的S11值有明顯改善，且當p1x=0.20 mm時，7 GHz附近的S11在-10 dB以下，并且帶寬最大，達到2.68~12.63 GHz。

0-5fmin0-5-10-10S11(dB)S11(dB)fmax-15-20-25-30-35-4012-15-20-25-302345 cr=13.0mm p2l=4.0mm p2l=5.0mm p2l=5.3mm p2l=6.0mm*** cr=13.4mm cr=13.8mm cr=14.0mm67891011121314Frequency(GHz)Frequency(GHz)

圖2不同cr時天線的S1圖3不同p2l時S11與頻率的關系

0plx=0.20mm-5plx=0.24mmplx=0.28mm42Gain(dBi)S11(dB)-10plx=0.30mm0-2-4-***89Frequency(GHz)10111213-62468101214Frequency(GHz)

圖4不同p1x時S11與頻率的關系圖

圖5增益圖

4測試結果

根據前面的研究結果實現的天線如圖6所示，天線的尺寸為p2l=5.0 mm、p2x=2.7 mm、p1l=5.4 mm、p1x=0.20 mm、cr=13.4 mm，使用Agilent公司的網絡分析儀N5221測量了天線的S參數，結果如圖7所示。對比圖2中cr=13.4 mm和圖7可知，天線測量結果與仿真基本一致，尤其在在6 GHz-13 GHz處較為吻合。天線的方向圖和增益如圖8-10所示。圖8給出了天線增益，在3-8GHz，增益都大于3dB，最大值為4.11dB，而在3-12GHz，增益較低，尤其在11GHz時，只有-6dB。圖9-10給出了天線在5GHz處的方向圖，可以看出，天線在H面為全向輻射，在E面方向圖為8字形，在其他頻段的方向圖與5GHz處的基本相同。對于實測與仿真結果的差距，可以通過提高加工精度和改進測量技術來得到改善。

(a)正面結構

(b)反面結構

圖6 天線實物圖

50-5S11(dB)0-5Gain(dBi)-10-15-20-25-30-10-15-20-354812Frequency(GHz)16200246810121

4Frequency(GHz)

圖7 實際天線回波損耗S1圖8 增益圖

00-20-40-60-80-60-40-200210***027090 033030 co-pol cross-pol 0-30-60-90-60-30024027033030 cross-pol co-pol300603006090 120210180150

圖9 H面方向圖

圖10 E面方向圖 5GHz處實現有阻帶特性的超寬帶天線

為了進一步增加5 GHz附近的S11，減小這個頻段的輻射，實現有陷波特性的超寬帶天線，在圓形貼片上加載多邊形槽線，其結構如圖11所示，槽線的總長度計算公式為

Lslot?c/{2f[(?r?1)/2]1/2}

(1)其中c表示光速;f為槽線的諧振頻率;εr為介質板的相對介電常數[5]。根據陷波頻帶的中心頻率為5 GHz，由式(1)計算出槽線的長度為15.84 mm.圖12給出了fl3對S11的影響，由圖知，當fl3改變時，即槽線的總長度改變時，天線的陷波頻段也隨著變化，當fl3=1.5 mm時，5GHz處fl3最大并在-10 dB以上；此時的增益圖如圖13所示，可以看出，當f=5 GHz時，增益由原來的3.2dB降為-1.68451 dBi，在其他頻段增益基本沒變化。

圖11 開槽的正面結構模型

0-5-10-15-20-25-300246 fl3=1mm fl3=0.5mm fl3=0.9mm fl3=1.5mm8101214642Gain(dBi)S11(dB)-2-4-6246810Frequency(GHz)1214

Frequency(GHz)0

圖12不同fl3時S11與頻率的關系圖

圖13 增益圖 結論

本文所設計的差分超寬帶天線，實現了2.5~13 GHz的工作帶寬，輻射特性良好。天線尺寸為：p2l=5.0 mm、p2x=2.7 mm、p1l=5.4 mm、p1x=0.20 mm、cr=13.4 mm。利用折合形開槽技術在兩貼片上分別對稱開槽，在5GHz處實現了阻帶特性。參考文獻：

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