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介质谐振器及宽带印刷缝隙天线研究作者姓名张三学校导师姓名、职称李四副教授领域电子与通信工程企业导师姓名、职称王五研究员申请学位类别工程硕士提交学位论文日期2011年4月107010818110077TN82TN82公开或秘密西安电子科技大学硕士学位论文介质谐振器及宽带印刷缝隙天线研究张三电子与通信工程工程硕士李四副教授王五研究员2011年4月学校代码分类号学号密级作者姓名：领域：学位类别：学校导师姓名、职称：企业导师姓名、职称：提交日期：AStudyofDielectricResonatorAntennasandBroadbandPrintedSlotAntennasAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterofPhilosophyByZhangsan(ElectronicsandCommunicationEngineering)Supervisor:LisiWangwuApril2011西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要I摘要近年来，介质谐振器天线（DielectricResonatorAntenna，DRA）和宽带印刷缝隙天线由于其良好的性能受到了学者的广泛关注。介质谐振器天线具有频带宽、效率高及激励简单等诸多优点，在毫米波段中具有良好的应用前景。宽带印刷缝隙天线以其低剖面、加工简单以及易于与电路集成等优点，在现代无线通信中得到了广泛的应用。本文对介质谐振器天线及宽带印刷缝隙天线进行了系统的研究，所取得的主要研究成果为：1.对宽带印刷缝隙天线进行了研究。针对无线通信系统的要求，提出了一种覆盖IMT-2000、WiMAX和WLAN等频段的共面波导馈电的宽带印刷缝隙天线。通过改变缝隙和共面波导的结构参数来调节天线的谐振频率，再引入一段阻抗变换器来实现宽带阻抗匹配。还提出了一种微带馈电的超宽带椭圆形印刷宽缝天线，通过调整椭圆形缝隙和椭圆环形贴片长短轴的比例来实现宽带阻抗匹配。2.对宽带介质谐振器天线进行了研究。基于三种展宽带宽的方法，即引入空气层减小介质谐振器天线的内在Q值，选择合适的空气层厚度使之工作于辐射特性类似的多种模式，以及在馈线末端加六边形枝节对介质谐振器天线进行阻抗匹配，设计了一种缝隙耦合馈电的宽带圆柱形介质谐振器天线。采用月牙形印刷单极天线与介质谐振器的混合结构，设计了一种共面波导馈电的超宽带介质谐振器天线。实验结果表明，这两种介质谐振器天线具有良好的宽带性能。3.对宽带圆极化及高隔离度双线极化介质谐振器天线进行了研究。提出了一种环形缝隙耦合馈电的宽带圆极化介质谐振器天线。利用介质谐振器天线和环形缝隙的双谐振工作得到宽带圆极化特性，并加入匹配网络实现了宽带阻抗匹配。提出了一种覆盖5.2GHzWLAN频段的高隔离度双线极化矩形介质谐振器天线。采用探针与缝隙分别对两个端口馈电实现了高隔离度，并通过双探针等幅反相馈电技术避免了单个探针馈电的方向图不对称性。4.对小型化介质谐振器天线进行了研究。介绍了几种小型化介质谐振器天线的设计方法，并对其中的一种方法加以改进，设计出一种改进型小型化介质谐振器天线。通过与多个天线的对比表明，使用金属柱代替金属面来减小天线的尺寸能避免辐射方向图畸变，降低交叉极化电平。5.对高增益介质谐振器天线直线阵列进行了研究。基于矩形介质谐振器天线高次模的分析结果，选取一种高增益介质谐振器天线单元，设计了一个8单元高增益介质谐振器天线直线阵列。分析了阵列间距对天线阵增益的影响，通过比较发现该介质谐振器天线直线阵列的增益要高于相同口径的微带贴片天线直线阵列。最后，结合馈西安电子科技大学硕士学位论文II电网络实际加工了一个8单元介质谐振器天线直线阵列的实验模型，实测结果验证了该设计方法的可行性和有效性。关键词：XXX，XXX，XXX，XXX，XXX（一般为3～5个）论文类型：应用基础研究类（或基础研究类）（注：全日制工程硕士学位论文类型分为8种）ABSTRACTIIIABSTRACTInrecentyears,dielectricresonatorantennas(DRA)andbroadbandprintedslotantennashavebeenwidelystudiedowingtotheirgoodperformances.Duetotheirseveraladvantagessuchaswidebandwidth,highefficiencyandeaseofexcitation,DRAshavebeenwidelyusedinmillimeterwaveregions.Broadbandprintedslotantennasarewidelyusedinmodernwirelesscommunicationsduetotheiradvantagesoflowprofile,simplefabricationprocessandeaseofintegrationwithcircuits.ThisdissertationismainlyconcernedwiththedesignandimplementationofvariousDRAsandbroadbandprintedslotantennas.Theauthor’smajorcontributionsareoutlinedasfollows:1.Twobroadbandprintedslotantennashavebeenstudied.Firstly,accordingtotherequirementsofwirelesscommunicationsystems,acoplanarwaveguide(CPW)fedbroadbandprintedslotantennacoveringIMT-2000,WiMAXandWLANbandsisdesigned.Theresonantfrequenciesoftheantennaareadjustedbychangingthestructuresoftheslotandthecoplanarwaveguide.Animpedancetransformerisintroducedtorealizebroadbandimpedancematch.Secondly,amicrostripfedprintedellipticalwide-slotantennaisproposedforultra-widebandapplications.Theultra-widebandimpedancematchisachievedbyadjustingtheaxialratiooftheellipticalslotandtheellipticalannularpatch.2.TwobroadbandDRAshavebeenstudied.Firstly,aslot-fedbroadbandcylindricalDRAisdesignedbyusingthefollowingthreemethods:introducingairgaptoreducetheinternalQ-factoroftheDRA,choosingtheappropriatethicknessoftheairgaptomaketheDRAworkingatseveralmodeswithsimilarradiationpatterns,andaddinghexagonstubattheendofthefeedlinefortheDRAimpedancematch.Secondly,aCPW-fedultra-widebandDRAisproposedbyusingthecombinationofcrescent-shapedprintedmonopoleandDRA.Theexperimentalresultsshowthatthesetwoantennashavegoodbroadbandperformance.3.Abroadbandcircularly-polarized(CP)DRAandaduallinear-polarizedDRAwithhighisolationhavebeenstudied.Firstly,abroadbandcircularlypolarizedcylindricalDRAexcitedbyannularslotcouplingisproposed.ThebroadbandCPradiationhasbeenachievedbyusingtwoCPradiators,DRAandannularslot.Inaddition,animpedancetransformerisintroducedtoimprovetheimpedancebandwidth.Secondly,aduallinearlypolarized西安电子科技大学硕士学位论文IVrectangulardielectricresonatorantennawithhighisolationoperatingataround5.2GHzforWLANapplicationshasbeenpresented.Thehighisolationisachievedbyusingtwohybridfeedingmechanism:oneporthavinganH-shapedaperturecoupledfeedandtheotherwithprobefeed.Twoout-of-phaseprobefeedisusedtoavoidtheasymmetricradiationpatterncausedbysingleprobefeed.4.AcompactDRAhasbeenstudied.SeveraltechniquesusedforreducingthesizeofaDRAarediscussed.Byusingtheshortingposts,amodifiedcompactDRAisdesigned.Comparingwithseveralexistingantennas,theradiationpatternsdeformationandcouldbeavoidedandthecrosspolarizationlevelsarereduced,byusingshortingpostsinsteadofshortingplate.5.Ahigh-gainDRAlineararrayhasbeenstudied.Basedontheanalysisresultsofthehigh-ordermodesoftherectangularDRA,ahigh-gainDRAelemen