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三维电场矢量微波光子检测器集成天线的设计与优化

作　者: 黄春阳
导　师: 张晓霞
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 微波光子检测器 Wheeler变换 多层微带线 超宽带平面单极子天线
分类号: TN822
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


微波光子检测器由天线和电光调制器组成,天线用来接收空间中的电磁波信号,并将接收到的微波信号馈送到调制器中的金属电极上形成电压,再经过电光效应将微波信号调制到光载波上实现光调制。因此,需要对接收前端的天线结构进行设计,使其便于集成,且具有较大的带宽,同时也需要对电光调制器的结构进行设计以实现宽带高速调制。另外,微波集成电路以及单片微波集成电路技术逐渐成熟,集成天线已成为热门发展领域,它能把天线以电子元件形式放置在无线接收前端,甚至位于同一芯片或印制电路板之中,从而为封装和互连提供了一种解决方式。一般集成天线由有源电路及平面天线如偶极子天线、微带天线或缝隙天线等组成,微带天线更是由于其自身的平面结构、重量轻、制造成本低以及便于批量生产等诸多优点而得到了广泛的关注。本文以wheeler变换与多层微带线结构为基础,提出了一种微带线通用模型,并以Microsoft Visual Studio集成开发环境为平台实现了该模型特性参数的计算和分析软件,并利用它实现了电光调制器的微带电极结构的分析,同时还利用它实现了工作频率在8GHz矩形微带天线的设计。该方法和软件构件了一个微带线的通用模型,在很多场合中都非常有用,同时还有了一些扩展功能,例如绘制变化曲线以及曲线上的图形标注。在微波光子接收器中,天线的设计是一个重点,本文在矩形贴片平面单极子天线和圆形贴片平面单极子天线的原型结构基础上,设计了两款辐射贴片为椭圆和一款辐射贴片为圆形的超宽带平面单极子微带天线,并分别对该天线进行了结构优化和性能仿真,使得它们的反射系数S11参数均满足小于-10dB的条件,阻抗带宽为1-11GHz。仿真结果表明这两个天线基本都满足超宽带天线的要求,并具有一定的全向性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 引言  9-11
  1.2 集成天线的发展及应用  11-12
  1.3 微带天线  12
  1.4 光调制及电光调制器概述  12-13
  1.5 本论文的主要研究内容  13-14
第二章 集成天线设计基础  14-26
  2.1 天线基本参数  14-20
    2.1.1 馈电点阻抗  14-16
    2.1.2 天线的方向性、增益与效率  16-19
    2.1.3 天线的极化  19-20
  2.2 天线带宽  20-21
    2.2.1 天线频带宽度的表示法  20
    2.2.2 超宽带的定义  20
    2.2.3 天线带宽的限制因素  20-21
  2.3 微带天线基础  21-24
    2.3.1 微带天线的定义和结构  21-22
    2.3.2 微带天线的辐射原理  22-23
    2.3.3 微带天线的激励  23-24
  2.4 微带天线的频带展宽  24
  2.5 有限元法和ANSOFT HFSS 软件  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第三章 微带线通用模型及在其微波光子检测器中的实现  26-42
  3.1 微带线通用模型与软件实现  26-35
    3.1.1 微带线通用模型  27-30
    3.1.2 微带线通用模型的软件实现  30-35
  3.2 微带线通用模型在微波光子检测器中的实现  35-41
    3.2.1 微带线通用模型在光波导调制器设计中的实现  35-38
    3.2.2 微带线通用模型在微带天线设计中的实现  38-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章 微波光子检测器中集成天线的设计与优化  42-63
  4.1 平面单极子微带天线的估算方法  42-44
    4.1.1 规则形状平板单极子天线尺寸的估算方法  42-44
    4.1.2 不规则形状的平板单极子天线尺寸的估算方法  44
  4.2 改进型椭圆贴片超宽带单极子天线设计与优化  44-54
    4.2.1 矩形平面单极子天线原型设计  44-46
    4.2.2 改进型椭圆贴片超宽带平面单极子天线的设计  46-47
    4.2.3 第一种椭圆天线的仿真与优化  47-53
    4.2.4 第二种椭圆天线的仿真与优化  53-54
  4.3 改进型圆贴片超宽带单极子天线的设计与优化  54-60
    4.3.1 改进型圆贴片超宽带平面单极子天线的设计  54-55
    4.3.2 天线仿真分析与优化  55-59
    4.3.3 天线性能  59-60
  4.4 天线测试  60-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章 总结  63-65
  5.1 全文工作内容  63
  5.2 工作展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
附录  70-75
攻读硕士期间研究成果  75-76

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 天线 > 天线：按波段和波的传播方式分
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