第一章绪论
目 录
摘要.........................................................................................................................................I Abstract....................................................................................................................................III 目录.........................................................................................................................................I 第一章绪论 (1)
1.1 研究背景与意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (2)
1.3 本文的主要研究工作和主要创新点 (11)
1.4 本文的结构安排 (12)
第二章介质谐振天线基本理论 (15)
2.1 介质波导及介质谐振器的工作原理 (15)
2.1.1 介质波导 (15)
2.1.2 介质谐振器 (16)
2.2 圆柱形介质波导及圆柱形介质谐振天线 (16)
2.2.1 圆柱形介质波导[189] (16)
2.2.2 圆柱形介质谐振天线 (18)
2.3 矩形介质波导及矩形介质谐振天线 (25)
2.3.1 矩形介质波导模型 (25)
2.3.2 矩形介质谐振天线 (26)
2.4 本章小结 (30)
第三章高次模圆柱形介质谐振天线 (31)
3.1 圆柱形介质谐振天线的基础模 (31)
3.2 高次模高增益圆柱形介质谐振天线 (33)
3.3 方向图可重构圆柱介质谐振天线 (36)
3.3.1 EH32δ模的辐射特性 (37)
3.3.2 两端口方向图可重构DRA (38)
3.4三频段圆柱高增益DRA (40)
3.4.1 双频段DRA (40)
3.4.2 三频段高增益DRA (42)
3.5 本章小结 (46)
第四章宽带高增益圆柱形介质谐振天线 (47)
4.1 引入圆环贴片结构的宽带高增益介质谐振天线 (47)
4.1.1 单环高增益介质谐振天线 (48)
4.1.2 双环高增益介质谐振天线 (50)
4.1.3 三环高增益DRA (53)
4.1.4 EBG结构宽带高增益介质谐振天线 (56)
4.2 堆叠式宽带高增益DRA (59)
西北工业大学博士学位论文
4.2.1 天线设计及理论依据 (59)
4.2.2 仿真结果及其验证 (63)
4.2.3实验结果 (66)
4.2.4与已有参考文献中的高增益天线性能对比 (68)
4.3 本章小结 (69)
第五章平面单极子馈电宽带集成窄带介质谐振天线 (71)
5.1 平面单极子馈电的宽带集成窄带矩形DRA (71)
5.1.1宽带DRA设计 (71)
5.1.2宽带集成窄带DRA设计 (72)
5.1.3实验结果 (74)
5.2 宽带平面单极子集成窄带圆柱DRA (77)
5.2.1宽带单极子设计 (77)
5.2.2宽带集成窄带DRA设计 (78)
5.2.3宽带集成双频带窄带DRA设计 (79)
5.2.4宽带集成双模双频带窄带DRA设计 (80)
5.3 本章小结 (85)
第六章垂直单极子馈电宽带介质谐振天线 (87)
6.1 垂直单极子馈电的宽带集成窄带矩形DRA (87)
6.1.1宽带DRA设计 (87)
6.1.2宽带集成窄带DRA设计 (89)
6.1.3端口之间的互耦降低 (90)
6.1.4实验测试 (94)
6.2 垂直单极子馈电的宽带阻带矩形DRA (99)
6.3 本章小结 (104)
第七章总结 (105)
参考文献 (107)
致谢 (127)
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况 (129)
第一章绪论
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
近些年来，现代无线通信技术的发展日新月异，这在一定程度上归功于手持移动电话的发展。2G（Two-generation）移动通信的成功促进了更宽带的3G（Third-generation）、4G（Forth-generation）移动电话以及其他无线产品和服务的发展，如无线局域网络（Wireless Local Area Networks）、蓝牙（Bluetooth）、LMDS（Local Multi-point Distributed Networks）[1]。天线是无线网络或无线电子设备中的一个关键部件，现实生活中，我们周围遍布着各种不同类型，不同形状的天线[2]。与此同时，现代电子技术和信息技术的发展对天线提出了前所未有的高性能要求，例如简便、安全、低耗、多功能、多频段、高效率、低剖面、小尺寸等[3-7]。
在无线通信领域, 微带贴片天线和介质谐振器天线（Dielectric Resonator Antenna, DRA）是适合现代无线通信发展的两种小型天线[8-10]。作为谐振天线，介质谐振天线和
贴片天线具有许多共同的特征，例如，由于介质波长比自由空间中的波长小（1/倍），两类天线都可以通过增大材料的介电常数减小天线的尺寸。微带贴片天线的所有激励方法都可以用于介质谐振天线的激励。然而，随着工作频率的升高，贴片天线的导体损耗增大，天线的效率变低，而介质谐振器的唯一损耗来源于材料的介质损耗，并且实际中的材料损耗可以非常低，因此其接近于零的导体损耗使得DRA在毫米波波段有其特有的优势[11-21]。此外，与二维结构的贴片天线相比，三维结构的DRA有更多自由度，这使得DRA的设计更加灵活[22]。与微带贴片相比，介质谐振天线具有更宽的阻抗带宽，这是由于贴片天线通过两条窄缝辐射，而介质谐振天线通过整个介质谐振器表面（除了与地板接触部分）辐射。对于相对介电常数为10的介质谐振天线，其相对阻抗带宽约为10%。介质谐振天线与贴片天线相比的另一个优势是在毫米波波段可以利用DRA的高次模增大天线的尺寸。在射频与微波低频段，人们通常渴望减小天线的尺寸，但是在毫米波频段，小尺寸天线需要更高的加工精度，还会因为天线尺寸太小而无法加工。尽管使用较低介电常数的材料可以增大天线的尺寸以及增加天线的带宽，过低的介电常数将会导致很高的交叉极化。使用介质谐振天线的高次模可以有效增加天线的尺寸，继而增加天线对加工的容差能力。
总之，介质谐振天线有以下特征[23]：首先，它是一种三维结构，因而其谐振频率可以随尺寸大小的改变而灵活地改变，与一维天线（单极子天线）或二维天线（如微带天
λ，可以通过增大介线）相比，它为设计人员提供了更多的自由度；其尺寸正比于
电常数以减小天线尺寸；其电场主要集中在介质谐振器内部，因此介质谐振器天线受外界影响小；能与几乎所有的微波及毫米波波段的传输线进行耦合，与平面传输线集成时，可以通过改变谐振器的位置调整与平面传输线的耦合，天线性能优化简单；通过选择适
介质谐振器与介质谐振器天线的建模与仿真分析汇总
第3章介质谐振器与介质谐振器天线的建模与仿真分析 3.1介质谐振器 介质谐振器的流程图： 设计 设置 创建 创 检 保存 设 仿 查看计 创建 参数 参数
3.1.1介质谐振器的建模 介质谐振器的模型有很多中，本文主要是以圆柱形介质谐振器为参考，其中，介质谐振器的尺寸
均是由本人视个人情况设定。 本模型由三部分组成：谐振腔、谐振介质和基片， 如图所示： 谐振 谐振 谐振 3.1.2谐振器的设计与仿真分析 （1）开始前的准备工作 上网下载电磁波仿真系统HFSS软件，进行安装。 打开HFSS软件桌面快捷方式，启动HFSS软件。新建一个工程，名称 为yuancong.hfss ，然后设计解决方案类型。在HFSS软件中，具有三种求解方 法。分别是受驱模式求解、受驱终端求解和本征模求解。下面是三种求解方式 的区别： 本征模求解：计算结构的本征模或谐振是一般采用本征模求解方式。本征 模求解可算出结构的谐振频率和在这些谐振频率出对应的场，也可计算出品质 因数。因为本征模问题不包含端口和源，所以介质谐振器运用的求解方式是本 征模求解方式。 受驱模式求解：想用HFSS计算基于微波传输带、波导、传输线等被动高 频结构的基于模式的S参数时，选用Driven Modal。S 参数解决将用一系列波
导模的入射和反射能量来表示。 受驱终端求解：想用HFSS计算基于终端的多导体传输线端口的S参数时，采用受驱终端求解。 （2）设计模型单位 选择软件的单位以毫米为单位。 （3）创建空气腔 选择菜单项创建空气腔，其圆柱体的基坐标为（x=0,y=0,z=0）,并且键入半径为15mm，高度为10mm。并且勾选显示框架项。 （4）创建新材料 由于介质谐振器是由高介电常数和低损耗的介质材料制成，所以要创建高介电常数的材料。 ε=36，命我们在三维模型材质中创建新材质，其中，谐振介质的介电常数 r 名为DielRes.在实际天线设计中，谐振器要放在介质基片之上，基片下面是接地板，接地板如果与谐振器较近就会对谐振频率和品质因数有影响，而且谐振器材料的介电常数必须远大于基片的介电常数。所以设置谐振基片的介电常数 ε=9.6.命名为subs。 r （5）创建基片和介质 创建基片位置为（x=0,y=0,z=0），其中半径为15mm，高度为-1mm。命名为substrate。设置材料为subs 创建介质位置为（x=0,y=0,z=0），其中半径为5mm。高度为5mm。设置材料为DielRes。 （6）检查模型设置 我们已经建立了完整的模型，分析之前唯一没做的是设定边界条件，我们应用系统默认的边界为理想电边界。由于本征模算法不需要端口激励，所以我们不设置激励。 通过菜单项中的边界显示，得出如图结果： (7)设置分析 建好模型后，接下来是使用HFSS软件的分析功能来分析模型的微波性能，首先添加分析功能，然后设置器件所要工作的工作频率。完成设置后，开始分析模型。
第15卷第3期 空 军 工 程 大 学 学 报(自然科学版)Vol.15No.3 2014年6月 JOURNAL OF AIR FORCE ENGINEERING UNIVERSITY (NATURAL SCIENCE EDITION ) Jun.2014 收稿日期:2013-11-22 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61271100);陕西省自然科学基金资助项目(2010JZ010;2012JM8003) ;国家重点实验室基金资助项目(20131007) 作者简介:郭 蓉(1990-),女,陕西咸阳人,硕士生,主要从事微带天线研究.E -mail :ber y fl y in g @https://www.doczj.com/doc/1318296413.html, *通信作者:曹祥玉(1964-),女,教授,博士生导师,主要从事天线与电磁兼容二电磁超材料等研究.E -mail :gjgj 9694@163. com 引用格式:郭蓉,曹祥玉,李思佳,等.P 波段小型化锯齿缝隙超宽带天线设计[J ].空军工程大学学报:自然科学版,2014,15(3):66-70.GUO Ron g ,CAO Xian gy u ,LI Si j ia ,et al.A desi g n of P -band miniaturized saw -tooth -ed g ed ultra -wideband antenna [J ].Journal of air force en g ineerin g universit y :natural science edition ,2014,15(3):66-70. P 波段小型化锯齿缝隙超宽带天线设计 郭 蓉, 曹祥玉, 李思佳, 张 昭, 徐雪飞 (空军工程大学信息与导航学院,陕西西安,710077) 摘要 设计了一种P 波段小型化超宽带天线三该天线采用微带线对五边形辐射单元进行馈电, 接地板上蚀刻了锯齿形边沿的矩形宽缝三通过天线参数的仿真优化,最终实现了相对带宽约95%二尺寸为0.27λ?0.17λ(λ为低频点的自由空间波长)的超宽带P 波段小型化印刷天线三仿真结果表明:天线的工作频带为300.5~848.8MHz ,带内回波损耗均在-10dB 以下,整个频段内天线的增益均在3dBi 以上,天线为全向辐射三该天线具有平面结构,形状简单,易于共形的特征三最后制作了天线样件并进行了测试,测量结果与仿真结果吻合较好三关键词 印刷宽缝天线;小型化;P 波段; 超宽带DOI 10.3969/j .issn .1009-3516.2014.03.016中图分类号 TN82 文献标志码 A 文章编号 1009-3516(2014)03-0066-05 A Desi g n of P -band Miniaturized Saw -tooth -ed g ed Ultra -wideband Antenna GUO Ron g ,CAO Xian g -y u ,LI Si -j ia ,ZHANG Zhao ,XU Xue -fei (Information and Navi g ation Colle g e ,Air Force En g ineerin g Universit y ,Xi ?an 710077,China )Abstract :A miniaturized ultra -wideband antenna is desi g ned in P band.The antenna is fed b y a p enta g on cou p led feedin g structure.An im p roved rectan g ular slot with saw -tooth ed g e is etched on the g round.The results of p arameters show that the bandwidth of the desi g ned antenna is 293.4~830.3MHz with relative bandwidth 95%and the return loss is less than -10dB.The size of the antenna is (is the wavelen g th of the lowest fre q uenc y ).The avera g e g ain is over 3dBi in the o p eratin g ran g e and the antenna is a kind of omni antenna.The antenna is a p lanar construction and is sim p le in sha p e and eas y in conformation.A sam p le antenna is fabricated and tested.The ex p erimental results are in g ood a g reement with the simula -tion results.Ke y words :p rinted wide -slot antenna ;miniaturization ;P band ;ultra -wideband 工作于P 波段的超宽带雷达(UWB SAR )具有很强的叶簇穿透能力,并能够探测地表下的隐蔽物三国际上至今已有多个P 波段的机载SAR 系统,如 FOA 的CARABAS [1],SRI 的FOLPEN [2] 系列等三 国内也进行了P 波段轨道超宽带SAR 和机载超宽 带SAR 的研究和实验[ 3-4] 三目前,工作在P 波段(230~1000MHz ) 的天线主要形式有蝶形天线二印刷偶极子天线二印刷单极子
一种用于60GHz通信的高增益、 介质加载采用基片集成波导技术的 对线性渐变开槽天线 摘要——60GHz带宽有提供高速的通信能力。此文章证明了一种能为对线性变槽天线（ALTSA）提供高增益的基片集成波导（SIW）的存在。为了获得高增益，给ALTSA上加了介质加载，并使用了沟槽结构。使用SIW技术实现了高效、简洁和低成本的平面设计。本文使用了一种电磁场仿真工具来设计和模拟这个天线。首先设计一个ALTSA单元，然后在1*4的ALTSA阵列上加上SIW功分器。为了使设计可行，制作和测量了原型。测量结果非常符合仿真值，从而证实了这个设计。测得1*4ALTSA阵列在整个60GHz带宽（57——64GHz）的回波损耗优于12dB，增益为23.10.5dBi。 1.介绍 近些年对在高速通信中极大带宽的需求越来越高。而60GHz带宽（57——64GHz）可以为高速无线通讯以每秒几千兆的速度传输高容量未压缩数据。由于在毫米波频段的微带线相关损耗非常高，因此需要更多的有效的技术，比如SIW。SIW有传统矩形波导低损耗、高品质因数、完全屏蔽和处理高功率情况的特点，也有低成本、平面电路设计的优势。报道表明，已经有大量的研究者从事SIW相关工作多年。天线容易在60GHz 带宽受到大气吸收而衰减，这就要求在使用高增益天线时要减少这类损耗。锥形缝隙天线（TSA）因其宽带宽、高回波损耗和高增益而被经常使用。对线性渐变槽线天线（ALTSA）是TSA的一种类型，在反方向的锥形介质板的上表面和底部金属部分使用对极几何设计。 研究者设计了一种带宽为4——50GHz的反极向天线。天线在带宽内的增益3——12dBi。 本文作者设计了一种在60GHz处增益可达18.75dBi的对费米渐变槽线天线。在张成浩的的文章里，他介绍了一种新颖的技术，即让ALTSA和SIW的上表面和下表面的锥形边缘的馈线重合来克服阻抗失配。有沟槽结构的TSA被用来减小天线宽度以极小化任何对辐射方向图的重要影响，使得阵列天线尺寸更加紧凑。而且，沟槽结构可以提高天线增益，减小旁瓣电平和交叉极化，由此提高天线总性能。TD介绍设计了一种有矩形波纹的带有三角功分器的ALTSA阵列。1*12阵列的增益为19.25dBi。DM介绍了一种有半圆形沟槽的ALTSA，它在7GHz的增益为12.4dBi。介质加载，通过在天线前端放置电介质板作为一个引导结构都可以增强天线增益。平面SIW喇叭天线上的介质加载被用来使E面波束宽度变窄，同时提高增益。NG设计了一种带有SIW喇叭结构和矩形介质加载的高增益ALTSA阵列，其1*4ALTSA阵列的增益为191dBi。
超宽带天线的研究与设计 李庆娅李晰唐鸿燊 摘要：本文设计了一款差分微带超宽带天线，通过改变馈线和尺寸和接地板上缝隙的半径,优化了天线的性能，所实现的天线带宽为11.5 GHz，且有较好的辐射特性。在此基础上，通过在两贴片上对称地开槽，得到了在5 GHz处有陷波特性的超宽带天线。 关键词：超宽带天线；差分天线；带阻特性 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 word s: Ultra-wideband antenna; differential antenna; band-notch characteristics 1 引言 近几年,随着超宽带(UWB)通信技术的快速发展，对应用于短距离无线通信系统中的天线提出了更高的要求，不仅要求天线尺寸小、剖面低、价格便宜，易于加工并可集成到无线电设备内部，同时，还要求天线阻抗带宽足够宽，以便覆盖整个UWB频段。美国联邦通信委员会(FCC)规定UWB信号的频段为3.1 GHz-10.6 GHz。这个通信频段中还存在划分给其他通信系统的频段，如5.15 GHz到5.35 GHz的IEEE802.11a 和5.75 GHz到5.85 GHz的Hiper-LAN/2。 在接地板上开缝是实现超宽带天线的方法之一，常见的缝隙形状如倒锥形[1]、矩形、半圆形、梯形[2]等。文献[2]中仿真优化并制作了一个小型化超宽带微带天线，在整个工作频段2.15-13.47 GHz内，该天线的回波损耗均在-10 dB以下，增益基本稳定在3~6 dB之间，并具有比较稳定的辐射特性。在超宽带天线的基础上通过在辐射贴片上开槽实现带阻特性，槽的形状有L形[3]、矩形[4]、E形[5]等，文献[5]提出了一种新型的具有双阻带特性的超宽带天线，制作出实物并验证了天线的超宽带和陷波特性，即在中心频率3.75 GHz和5.5 GHz附近的频带范围内具有良好的陷波特性。 本文首先设计了超宽带天线，研究了天线的回波损耗S11和辐射特性与天线环形接地板尺寸的关系，改善了天线的带宽。在此基础上，通过改变贴片和微带线的尺寸。并利用折合形开槽技术在贴片上开槽，有效实现阻带。 2 天线设计 本文设计天线结构如图1所示。图1(a)中天线的辐射贴片，位于介质基板的上表面，图1(b)是刻蚀了圆形缝隙的地，位于介质基板的下表面；天线采用介质为RogerS RT/duroid 6006，相对介电常数为6.15，厚为0.5mm的介质基板，尺寸为29.6 mm×33.6 mm；馈电部分为50欧的微带线。
第3章介质谐振器与介质谐振器天线的建模与仿真分析 3.1介质谐振器 介质谐振器的流程图： 设计单位 设置默认材 料 创建空气腔 创建介质 检查模型 保存工程 设置分析 仿真 查看计算结果 创建场覆盖图 参数扫描 参数扫描结
3.1.1介质谐振器的建模 介质谐振器的模型有很多中，本文主要是以圆柱形介质谐振器为参考，其中，介质谐振器的尺寸均是由本人视个人情况设定。 本模型由三部分组成：谐振腔、谐振介质和基片，如图所示： 3.1.2谐振器的设计与仿真分析 （1）开始前的准备工作 上网下载电磁波仿真系统HFSS 软件，进行安装。 打开HFSS 软件桌面快捷方式，启动HFSS 软件。新建一个工程，名称为yuancong.hfss ，然后设计解决方案类型。在HFSS 软件中，具有三种求解方法。分别是受驱模式求解、受驱终端求解和本征模求解。下面是三种求解方式的区别： 本征模求解：计算结构的本征模或谐振是一般采用本征模求解方式。本征模求解可算出结构的谐振频率和在这些谐振频率出对应的场，也可计算出品质因数。因为本征模问题不包含端口和源，所以介质谐振器运用的求解方式是本征模求解方式。 受驱模式求解：想用HFSS 计算基于微波传输带、波导、传输线等被动高频结构的基于模式的S 参数时，选用Driven Modal 。S 参数解决将用一系列波导模的入射和反射能量来表示。 受驱终端求解：想用HFSS 计算基于终端的多导体传输线端口的S 参数时，采用受驱终端求解。 （2）设计模型单位 选择软件的单位以毫米为单位。 （3）创建空气腔 选择菜单项创建空气腔，其圆柱体的基坐标为（x=0,y=0,z=0）,并且键入半径为15mm ，高度为10mm 。并且勾选显示框架项。 谐振腔 谐振介质 谐振器基片
本科毕业设计（论文）题目：小型化超宽带天线的模型仿真
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
大家都来DIY自己手台的天线，说不定性能比原装的还好！ 在无线通讯网络中信号品质是大家最关心的问题之一，它直接关系到下情上报和上令下达的准确性和通畅性。确定无线通讯质量除了收发信机的性能外天线是一个非常关键的因素，在整个无线通讯网络工程中天馈系统一直占有相当比例的预算。从天线理论上讲当Ａ电台系统（输出功率２５Ｗ）所配用天线增益比Ｂ电台系统高３ｄＢ其实际发射效果与Ｂ电台系统功率输出５０Ｗ时相同，也就是说天线增益增加３ｄＢ相当于电台输出功率增加一倍，而且由于在信号接收上同样有信号放大的作用所以实际接收时使用增益比较高的天线对信号接收效果也有明显的提升，理论上高增益天线可以增加通讯覆盖范围，提高弱信号区的通讯质量。天线的性能直接关系到通讯信号的质量。天线根据使用场合的不同可以分为手持台天线、车载天线、基地天线三大类。 一、手持台天线 手持台天线也就是个人使用手持对讲机的天线，常见的有橡胶天线和拉杆天线两大类。根据天线的形式橡胶天线又有四分之一波长橡胶天线和螺旋橡胶天线。四分之一波长橡胶天线相对一般螺旋天线有效率高的优点，因为根据天线原理四分之一波长的导体天线自然谐振，具有较高的辐射效率。这类天线一般辐射体比较细长，如４００ＭＨｚ频段的红灯４０３ＫＧ／４０３ＫＧＰ和ＭＯＴＯＲＯＬＡＧＰ８８／Ｐ１１０／ＧＰ３００标配使用的细长型天线都属于四分之一波长天线类。一般认为手持对讲机天线中四分之一波长天线的实际辐射效率要优于缩短型的螺旋天线。这也是标配ＭＯＴＯＲＯＬＡＧＰ８８电台性能出众，通讯距离相对较远的的原因之一。我们做过一个简单的对比试验：用同一台ＧＰ３００手持电台固定位置，先后使用ＧＰ８８原配的四分之一波长橡胶天线和ＧＰ６８原配的橡胶螺旋天线以及ＧＰ３００选配的原装螺旋橡胶，在一米外固定位置使用场强仪测定场强，结果四分之一波长橡胶天线有明显的优势。不过这种四分之一波长类型的天线也有它的局限性，与螺旋橡胶天线相比它的长度较长。所谓四分之一波长天线它的天线长度为通讯频率波长的四分之一（实际制作中还要根据缩短因子修正），常用的警用通讯频段１６０ＭＨｚ、３５０ＭＨｚ、４１０ＭＨｚ、４６０ＭＨｚ分别波长为１．８７５米、０．８５７米、０．７３１７米、０．６５２米（用常数３００除以频率数折算出波长），对于理论四分之一波长天线的长度约为４６．８７５厘米、２１．４２８５７厘米、１８．２９厘米、１６．３０４厘米。由长度可见在１６０ＭＨｚ频段使用四分之一波长形式的手持机橡胶天线显然是不适合的，所以这种类型天线一般应用于４００ＭＨｚ以上频段（３５０ＭＨｚ也可以应用）。螺旋橡胶天线也有多种形式在此不再细分，总体螺旋橡胶天线根据需要可以缩短天线的尺寸，所以天线长度可以做得比较短，外观比较漂亮。螺旋橡胶天线的辐射效率一般与其缩短率和结构形式有关，通常较长的天线发射效率比较高。在低频段如１６０ＭＨｚ橡胶天线大部分采用螺旋的结构，这样可以有效的控制天线的长度。在３５０ＭＨｚ以上频段也有各种形式的螺旋橡胶天线，都是以尺寸短小见长，如３５０ＭＨｚ／３８０ＭＨｚ的ＭＯＴＯＲＯＬＡＧＰ３００（常规）和ＰＴＸ６００（集群）对讲机标配的都是螺旋橡胶天线。
摘要 超宽带天线广泛应用于如电视、调频广播、遥测技术、宇航和卫星通信等领域中。尤其是近年来兴起的超宽带无线通信技术，使此类天线成为当今通信领域的研究焦点。 本文设计并研究了两种类型的超宽带天线，一种是带两个对称臂的矩形平面单极子天线，另一种是弯折结构的平面单极子天线。 所研究的第一种天线实现了在工作频率范围内回波损耗都在-10dB以下，基本满足了超宽带通信的要求，天线的工作频带是 2.7-9GHz。回波损耗与频率的关系曲线产生两个低峰值，特别适合于双频带通信使用。文中研究了通过改变切口尺寸、介质损耗对低峰值频率位置的影响关系，还讨论了端口大小对仿真准确度的影响，得到系列结论。 所研究的第二种天线实现了真正意义上超宽带天线，天线结构简单，易于构建，小尺寸、低剖面，能够在回波损耗小于-10dB条件下有效地工作在2.8~9.5GHz的频率范围。 天线采用热转印法自制了实验模型，并通过矢量网络分析仪测量了回波损耗与频率的关系曲线，测量结果与仿真结构基本吻合。 两种天线的研究还包含了增益和方向图等，从而对天线性能进行了全面分析。 关键词: 超宽带天线；单极子天线；有限元法；电磁仿真；热转印法
Abstract UWB antenna is widely used in television, FM radio, telemetry, aerospace and satellite communications fields. In particular, with the rise of ultra-wideband wireless communications technology in recent years, making such antennas become the focus of communication research field. This paper studies two types of ultra-wideband antenna, one is a symmetric planar monopole antenna with two symmetrical rectangular incision, the other is bent planar monopole antenna structure. The first designed antenna can satisfy the demand of UWB communication that the Return Loss of the antenna in the scope of working frequency, which is between 2.7-9GHz, is below -10dB. Return loss vs. frequency curves generated two low peaks, which is particularly suitable for dual-band communications. A study of the incision by changing the size of the low dielectric loss peak frequency position of the relationship between port size also discussed the impact on simulation accuracy, get series conclusion. The study of the second antenna to achieve a truly ultra-wideband antenna, the antenna structure is simple, easy to build, small size, low profile, can be less than-10dB return loss under the conditions of effective work in the 2.8 ~ 9.5GHz frequency range. Antenna made by heat transfer method of the experimental model, and vector network analyzer by measuring the return loss versus frequency curve, the measurement results and simulation of structure of the basic agreement. thermal transfer printing technology The study also includes two antenna gain and pattern, etc., and thus a comprehensive analysis of antenna performance. Key words: UWB antenna; monopole antenna; finite element method; electromagnetic simulation
小型化宽频带对周天线 周江昇1，周涛2 （1江南电子通信研究所，浙江嘉兴 314033） （2中科院上海微系统所，上海 200050） 摘要：本文设计了一种小型化宽频带的对周天线。采用对数周期天线设计的基本原理和电磁计算方法，结合末端振子加载的方式，达到缩减尺寸的目的。设计工作频段在200MHz～3000MHz的宽带对周天线，并利用Ansys 公司的HFSS电磁仿真软件进行建模、仿真、分析和优化。仿真结果显示，设计的对数周期天线在工作带宽内具有理想的增益和驻波比。 关键词：对数周期天线；小型化；宽频带； A Miniaturization Broadband Log-Periodic Dipole Antenna ZHOU Jiang-sheng1,ZHOU Tao2 （1Jiangnan electronic and communications research institute, Jiaxing Zhejiang, 314033） （2Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Shanghai, 200050） Abstract: A miniaturization broadband log-periodic dipole antenna is presented in this paper. The basic principle and electromagnetic calculation method and the terminal loaded dipole method are used to minimize the dimension of antenna. The operation frequency of the proposed antenna varies from 200MHz to 3000MHz, the full-wave electromagnetic simulation software Ansys HFSS is used to model, simulate, analysis and optimize the antenna. The simulation results show that the proposed antenna presents good characteristics as gain and VSWR. Key words: log-periodic dipole antenna;broadband;miniaturization; 1引言 现代通信系统中跳频、扩频技术的广泛应用，使得通信前端设备—天线，沿着宽带化、共用化的方向发展。同时，通信系统所追求的方便灵活性使得对天线小型化的要求也日益明显。而天线的性能很大程度上取决于天线的结构尺寸与波长的比值。也就是说，天线的尺寸相对于波长保持电小尺寸，才能得到较好的性能指标，一般为波长的四分之一左右，在应用上受到限制[1-2]。本文设计的末端加载对数周期天线要求工作频段在200MHz-3000MHz范围内，驻波比小于2.5，增益大于6dBi，纵向尺寸小于1.2m。 2 基本原理 对数周期偶极子天线和偶极子天线的基本参数及工作原理是相同的。对数周期天线(Log-Periodic dipole antenna，LP-DA)是基于缩比原理设计的天线，其特性是随频率的对数做周期性变化。所有振子尺寸以及振子之间的距离都有确定的比例关系，r为比例因子，表示各振子之间的比例关系；σ为间隔因子，表示相邻振子间的距离；另外天线的顶角为2α。3个参数是相互独立的，任意2参数即可决定天线的结构[3-4]，如图1所示。
介质谐振天线 介质谐振天线（dielectric resonator antenna） 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，直到1983年美国休斯顿大学的郎教授发表的第一篇关于圆柱形介质谐振器天线的文章后，才引起人们对介质谐振器天线的关注。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（除了与地板接触的那个面之外）进行辐射，因为没有导体和表面波损耗而自身介质损耗又小，其辐射效率很高（>95%）； (3)介质谐振器的形状有多种，设计具有很大的灵活性； (4)介质谐振器天线馈电方式较多：探针，缝隙耦合，微带线，共面波导，介质镜像波导等，且其它天线的馈电技术都比较容易地应用到介质谐振器天线中； (5)可以激励起多种模式，针对不同的覆盖要求可产生宽边或圆锥型的辐射模式； (6)介质谐振器天线加工简单，成本较低，便于集成设计。基于以上优点，介质谐振器天线已广泛应用于Bluetooth、PHS、WLAN等通信系统中，并在雷达系统、移动卫星通信、相控阵天线等诸多领域显示出潜在的应用价值。 介质谐振器天线研究方向 近年来围绕介质谐振器天线的研究主要集中在以下几个方面： 1、圆极化介质谐振器天线 2、高增益介质谐振器天线 3、宽频带介质谐振器天线 4、双极化介质谐振器天线
高增益宽带圆极化微带天线阵研究 O 引言 随着微带天线技术的发展，新形式和新性能的微带天线不断涌现。对于便携式天线，就需要天线在尺寸上更小，并且天线在电性能上更要求宽频带、高增益等电特性。前人在天线的这些性能的改进上做了相当多的工作，但是大多数都是只在其中的一个或者两个特性上做了改进。针对现有存在的问题，本文提出一种具有小型化、高增益、宽频带的圆极化微带阵列天线。研制了S波段小型化宽带圆极化天线阵实验样机，并对天线阵实验样机的电特性进行了测量。测量结果表明，天线最大增益为15dB时，天线阵尺寸仅为295 mm×210 mm，天线阵的电压驻波比带宽达到了12.25％，圆极化轴比小于3 dB，带宽达到9.4％，大于文献[1]中的3.4 %。且波瓣宽度分别为64°和20°大于文献[1]中所提到的63°和9° 1 理论分析与设计 本文利用一般微带天线的设计方法设计天线单元。并通过对微带天线的匹配枝节进行调节阻抗，利用An-soft HFSS软件对天线单元进行仿真优化设计，大大降低了天线阵的设计复杂度，并通过若干级二等分功率分配器便可设计出馈电网络。 1.1 天线单元的设计 圆极化天线应用面很广，其实用意义主要体现在： (1)圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线收到，故电子侦察和干扰中普遍采用圆极化天线； (2)在通信、雷达的极化分集工作和电子对抗等应用中广泛利用圆极化天线的旋向正交性； (3)圆极化波入射到对称目标(如平面、球面等)时旋向逆转，因此圆极化天线应用于移动通信、GPS等能抑制雨雾干扰和抗多径反射。 微带天线要获得圆极化波的关键是激励起两个极化方向正交的，幅度相等的且相位相差π/2的线极化波。最早的圆极化微带天线采用正交馈电方式，但这种天线构成天线阵元时，馈电电路之间会引起不希望有的耦合，从而限制了它的实际应用。曲线微带天线构成的宽频带圆极化微带天线不采用开放式的谐振腔，
超宽带天线的研究与设计 中文摘要 近几年来，超宽带天线的研究已经成为热潮。本文的思想也是研究小型化超宽带平板天线，让其在生活中的硬件设计产品中满足超宽带天线的技术需要。因为超宽带天线在WiMAX和WLAN的窄带系统和装载切口天线设计结构上产生的影响。实现WiMAX和WLAN频带的双凹槽在超宽带天线结构设计。在设计过程中主要是使用HFSS软件进行天线结构的仿真优化。主要利用了HFSS软件仿真和天线结构的优化设计过程。我们针对其超宽带天线的性能参数，相应的提升平面单极子天线的基础研究。传统平面单极子天线与狭槽，狭槽装载方法的横截面，提出了几种平面单极子天线从频域和时域研究，从而从单极子天线的相关性能参数出发，研究平面单极子天线在频率范围为3.1GHZ-11GHZ，使超宽带天线能够达到市场对硬件方面的应用需求。 关键词：平面单极子天线；超宽带；HFSS仿真 I
Research and design of ultra-wideband antenna Abstract In recent years, the research of ultra-wideband antenna has become a boom. Thought of this paper is to study ultra-wideband planar antenna miniaturization, let the life in the hardware design of the product satisfy the need of ultra-wideband antenna. Because of ultra-wideband antenna in WLAN and WiMAX narrowband systems and the impact loading of incision on the antenna design. Both WiMAX and WLAN band grooves in the ultra-wideband antenna structure design. In the design process is mainly using HFSS software for simulation of antenna structure optimization. Mainly using HFSS software simulation and optimization of the antenna structure design process. We according to the performance of ultra-wideband antenna parameters, the corresponding increase of planar monopole antenna of basic research. Traditional planar monopole antenna and the slot, slot loading method of cross section, and puts forward several planar monopole antenna from frequency domain and time domain research, thus starting from the related performance parameters of monopole antenna, the planar monopole antenna in the frequency range of 3.1 GHZ - 11 GHZ, the ultra-wideband antenna can meet the market demand for hardware applications. Key words: Planar monopole antenna; Ultra-Wideband; HFSS simulation 目录 I
介质谐振器的工作原理 我们目前所接触到的最基本的介质器件是介质谐振器。要想了解介质谐振器的工作原理首先要了解金属波导与谐振腔。 一、 金属波导的一般特性 传输电磁能量或电磁信号的途径可分为两类，一类是电磁波在空间或大气中的传播，另一类是电磁波沿波导系统的传播。人类最初应用的电磁波导波系统是双线传输线，双线传输线主要用在频率较低的场合，当使用频率逐步提高时，双线传输线的传输损耗以及辐射损耗急剧的增加，为了克服辐射损耗，采用了同轴线结构。但是同轴线中所采用的模式仍然是TEM模，必须有内外两根导体，到了频率更高时内导体的损耗变得很严重。在微波频段即分米波段和厘米波段人们发现，用一根中空的金属管来传输电磁波是可行的和方便的。在空管中不可能传播TEM模式，因此采用TE模或TM模，这就是金属波导或称为波导管。到了短毫米波段及亚微毫米波段金属波导的截面积尺寸太小，加工不易，因此采用介质波导作为传输系统。在光波段使用光学纤维和光波导也是介质波导。光学纤维简称光纤现在已成为传输电磁信号的主要手段。 为了近似地实现短路面的边界条件可以用具有高导电率的导体即金属构成的边界面，这样就形成金属波导或称波导管。金属波导可以由一根波导管构成，也可以由多根波导管构成。略去导体表面损耗时，可将边界看作短路面。 波导波的特点是存在一个截止频率，当工作频率高于截止频率时，纵方向为快行波，横方向为驻波，工作频率低于截止频率时，纵方向成为衰减场或渐消场，横方向仍然为驻波。 金属波导的传播特性为ωc=T/(με)1/2 =cT/(με) 1/2或Fc= cT/2∏(με) 1/2临界状态下，电磁波在介质中的波长就是横向波长，即λT=2∏/T=1/fc(με)1/2相应的临界状态下真空中的波长称为临界波长。 当电磁波的角频率大于波长的临界角频率时，电磁波可在波导中传播，反之，波导是截止的。临界角波数决定于波导的截面形状和尺寸。 二、 金属波导的波阻抗 金属壁是由良导体构成而非理想导体，因此电磁波在波导中传播时一定会有功率损耗，从而造成电磁波沿传播方向上的衰减。其衰减常数为： а=1/4σδ*H2dL/P； 式中，L为波导的横截面的闭合边界线；P为波导中传输的功率流，σ为波导壁的导电
Compact wideband multi-layer cylindrical dielectric resonator antennas W.Huang and A.A.Kishk Abstract:Homogenous dielectric resonator antennas(DRAs)have been studied widely and their bandwidth have been reached to the possible upper limit.A new non-homogenous DRA,multi- layer cylindrical DRA(MCDRA),is designed and fabricated to achieve wider bandwidth.The antennas consist of three different dielectric discs,one on top of the other.Two different excitation mechanisms are studied here.As much as66%of impedance bandwidth with a broadside radiation pattern has been demonstrated using a50V coaxial probe placed off the antenna axis.More than 32%of impedance with a broadside radiation pattern has been achieved when the antenna is excited by an aperture coupled50V microstrip feedline.Mode analysis is carried out to investigate the natural resonance behaviours of the MCDRA structure. 1Introduction The dielectric resonator(DR)was used as an energy storage device rather than a radiator in microwave circuits for many years[1].In1983,Long et al.[2]introduced it as an antenna,which is able to offer the advantages of compact size,low Ohmic losses and wider matching bandwidth over the microstrip antenna.The dielectric resonator antenna(DRA)is also simple to fabricate and easy to feed by different coupling mechanisms,such as coaxial probe,microstrip line coupled aperture,slotline,stripline and so on.Moreover,compared with the microstrip antenna,no surface wave losses are suffered because the DRA element is directly placed on the ground plane. However,because of the high dielectric constant and the high Q-factor,it has a limited impedance bandwidth of operation.At the early stage of development,simple shapes of the DRAs,such as a hemispherical DRA[3],a cylindrical DRA[4]and a rectangular DRA[5],were con-sidered.A bandwidth ranging from5to10%was achieved. Later,with improved knowledge of the antenna operation and the numerical tools,enhancements of the bandwidth were achieved using other shapes,such as truncated tetrahe-dron shape[6],split cone shape[7]and half-hemispherical shape DRAs[8].Although the bandwidth of the homo-geneous DRAs was improved to its possible upper limit,a much wider bandwidth was achieved by stacking two differ-ent DRAs[9,10],loading a high permittivity,low-pro?le dielectric disc on top of a conventional homogeneous DRA in[11]and plugging an inner core into the lower stacked part[12].In addition,in[13],multisegment DRAs are developed to enhance its coupling to a microstrip line by inserting one or more thin segments of different per-mittivity substrates under a DRA of low permittivity. Here,a wideband multi-layer cylindrical DRA (MCDRA)is designed and fabricated by simply placing three different dielectric discs of the same diameter,one on top of the other,as shown in Fig.1.Three dielectric discs are made of standard available dielectric substrate materials in our laboratory:Rogers RT/Duroid6010 (1r?10.2)with thickness2.5mm,Poly?on POLYGUIDE (1r?2.32)with thickness 3.35mm and Rogers RT/ Duroid6006(1r?6.15)with thickness 2.5mm.The shape of the MCDRA can be considered as not physically deformed but electrically deformed because of the different dielectric constant of each disc.Therefore compared with the equivalent homogenous DRA,the MCDRA supports several broadside radiating modes with close resonant fre-quencies,which provide wider bandwidths.Also,the MCDRA resides on a ground plane,which does not support surface waves as multisegment DRAs do,so it will not suffer the surface wave losses.The fabrication is also simple since the thickness of each disc is the same as the materials available in market. In Section2,MCDRAs with different stack order are per-formed numerically in order to?nd the optimal order.A coaxial-probe-fed MCDRA geometry with optimal order is described for both simulation and measurements cases. Also,the measured re?ection coef?cients and radiation pat-terns are veri?ed with the simulated results.In Section3,an aperture-coupled microstrip-line-fed MCDRA is described and the measured voltage standing wave ratio(VSWR)is veri?ed experimentally.The simulated radiation patterns are also demonstrated.In Section4,mode analyses are dis-cussed to explain the natural resonance behaviour of the MCDRA.In the last section,conclusions are provided. 2Coaxial probe excitation 2.1Antenna geometry and fabrication The geometry of the probe-excited MCDRA is shown in Fig.1.The antenna with diameter(D1)of14mm resides on a?nite square ground plane with side length(D2)of 80mm,which is large enough to assure negligible edge effect on the input impedance.A50V coaxial probe is used to excite the DRA.The probe is located(A)3.7mm off the centre with the length(B)5.845mm and radius 0.3mm.The antenna is simulated using the frequency domain commercial software WIPL-D[14],which is #The Institution of Engineering and Technology2007 doi:10.1049/iet-map:20070028 Paper?rst received7th February and in revised form24th June2007 The authors are with the Department of Electrical Engineering,University of Mississippi,Oxford,MS,USA38677 E-mail:whuang1@https://www.doczj.com/doc/1318296413.html,