论文开题报告：介质谐振器天线的设计

大学学士学位论文开题报告

学 院 信息科学与工程学院
年 级 09级电子信息工程
研究方向 电磁场与微波技术

拟撰写学位论文的题目 介质谐振器天线的设计


1、论文选题的依据（包括选题的来源、意义以及国内外的研究动态）
1.1选题的来源、意义
随着无线通信事业的飞速发展,对于天线的小型化、宽频带、低损耗等性能提出了更高的要求。虽然各种各样的微带天线因其低剖面、轻质量等优点,已经得到了深入的研究和广泛的应用,但由于在高频段金属欧姆损耗高和在低频段天线几何尺寸大这两个关键性技术瓶颈的存在,其发展和应用受到了一定的限制。近年来,一种新型天线——介质谐振器天线由于良好的性能而受到了广泛的关注和研究。
介质谐振器早期主要作为一种能量的存储装置，介质谐振器天线是一种谐振式天线，由低损耗的微波介质材料构成，它的谐振频率由谐振器尺寸、形状和相对介电常数所决定。且介质谐振器具有其自身特有的优势：
(1)介电常数的选择范围很大(6－140)，允许设计者灵活控制尺寸和带宽；
(2)介质谐振器天线通过整个谐振器表面（除了
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馈电、共面波导馈电、同轴探针馈电以及双馈电结构等等。其中微带槽耦合馈电应用比较多，槽的形状也有多种形式，例如矩形、环形、U形等等。最近越来越多的设计采用同轴线和共形贴片馈电结构。
（3）介质谐振器天线阵
单个谐振器的介质谐振器天线的增益一般在2—8dBi 之间。更大的增益，往往需要阵列天线才能得到。而介质谐振器天线因为尺寸小这一优点特别适合组成阵列。目前的研究主要集中在直线阵和平面阵。平面阵列的研究大多集中在2*2的子阵列，主要研究不同的馈电形势来获取性能更好的天线性能。高增益往往意味着窄频带，所以多用于需要定向通信的场合。
（4）双极化介质谐振器天线
双极化天线能够接受和发射2个正交极化的电磁波，隐刺在同一频带内，天线可以发射或接受两种信号，从而有利于频率复用和收发同时工作。在移动通信中采用双极化天线（±45°极化），可以抗多径传输。在卫星通信与GPS系统中使用双极化天线，可以实现地面/卫星通信双模工作。
探针激励，微带线临近耦合和口径耦合馈电是双极化介质谐振器天线最常用的馈电方式。通过调整探针位置长度，耦合槽的位置，形状以及馈电结构进行合理设计，可以使介质谐振器天线工作在双极化状态。
2、论文研究的目标、方案：
通过学习和掌握微波传输线理论和介质谐振器天线的基本知识以及设计方法，并且在参考国内外文献的基础上，通过仿真软件HFSS对介质谐振器天线进行分析和仿真，设计出工作频率为2.4GHz的双极化矩形介质谐振天线。
介质谐振器的研究有很多难点：谐振频率的估计，馈电结构的设计等。估计谐振频率的方法有很多，比如近似磁壁、开波导、变分法和数值计算等，但不管哪种方法都不可能非常准确地计算出谐振频率。电磁场并不是完全束缚在介质内，总是有各种泄露。
馈电结构的设计主要考虑馈电结构整体阻抗是否与输入端口匹配、馈电结构和介质谐振器之间是否有足够的耦合度。常见的有：微带线直接耦合馈电，同轴探针馈电，以及槽耦合馈电等。通过研究和比较，槽耦合馈电能够提供更高的端口隔离和低交叉极化辐射。
3、研究特色和创新之处：
本课题采用一种新的双极化介质谐振天线设计，使用了一种新的对称槽耦合馈电，并且选择威尔金森反相馈电网络代替普通的反相馈电网络，实现高端口隔离。用数值模拟的方法改变矩形介质谐振器天线的结构参数，通过仿真软件研究长度和宽度对介质谐振器谐振频率的影响，优化天线的参数，设计出在工作频段内的双极化矩形介质谐振天线。
4、论文达到的预期目标与预期研究成果：
本课题将以双极化矩形介质谐振天线为研究对象，分析系统内电磁场分布及辐射方向，以及长和宽对介质谐振器谐振频率的影响，优化介质谐振器天线的结构参数，初步设计一工作频率为2.4GHz的双极化矩形介质谐振器天线。
5、论文的进展和进度安排：
2012/12/01—2012/12/30:课题调研;
2013/01/01—2013/02/10:阅读资料并自学掌握微波传输线理论和介质谐振器天线的基本知识以及设计方法;
2013/02/11—2013/03/08:仔细研读指定的硕士(和学士)学位论文,并对课题进行理论分析与研究;
2013/03/09—2013/03/30:三维电磁仿真软件HFSS的学习与使用;
2013/04/01—2013/04/21:使用HFSS对课题进行深入的数值模拟研究,同时汇总相关结果与结论;
2013/04/22—2013/05/06:学生撰写毕业论文;
2013/05/07—2013/05/17:指导教师修改毕业论文,并返回修改意见给学生;
2013/05/18—2013/05/20:学生修改毕业论文;
2013/05/20—2013/05/21:上传毕业论文.
6、参考文献:
[1]葛悦禾，汤炜，张海，宽带叠层矩形介质谐振器天线的设计与仿真[J]，华侨大学学报，2012.
[2]林昌禄，陈海，吴为公，近代天线设计[M]，人民邮电出版社，1990.
[3]李宗谦，佘京兆，高葆新，微波工程基础[M]，清华大学出版社，2004.
[4]于晓乐 ……（未完，全文共4469字，当前仅显示2257字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题报告：介质谐振器天线的设计》）