单极子天线的设计

基于遗传算法高增益单极子天线设计杨涛，朱家梁（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081）收稿日期：2022-04-260引言随着通信系统的发展，天线在无线通信系统中的作用逐渐变得不可或缺，而现代通信中电子对抗和保密通信等相关需求的产生，使得传统窄带天线已经不再能满足天线多频带、宽带和高增益等的需求，同时，移动平台（车载、机载和吊舱）上可供安装天线的位置十分有限，这也对天线的小型化设计提出了新的需求，因此一些小型化的宽带高增益天线逐渐进入人们的视野。

鞭天线由杆状金属柱天线和金属反射面地板构成，其因为横向尺寸很小的特点而被广泛地应用在通信领域，在一些尺寸受限的环境中（如地面电台、飞机、潜艇吊舱和单兵背包）能够很好地发挥其性能。

其中UHF/VHF 频段作为移动通信的重要频段，鞭天线的使用更为广泛，然而这一频段的全向鞭天线一般尺寸较大，不利于在一些有尺寸限制的场景中使用，因此需要对鞭天线做小型化、轻量化设计。

在鞭天线的设计中，宽带、高增益和小型化是相互制约的，小型化的设计限制了天线的尺寸，使得天线无法在低频段获得良好的匹配，天线的增益会受到影响；其次，为了扩展带宽，就需要加入阻抗匹配电路，实现宽带的阻抗匹配[1-3]，RLC 电路的损耗也会一定程度上降低天线的增益，使得小型化和宽带匹配都会和高增益存在诸多矛盾。

因此宽带、高增益和小型化是天线设计中需要综合考量设计的几个方面，需要做到合理分配和综合优化。

天线综合技术是综合上述需求的天线整体设计方法，由于每一种设计方法的适用范围相对有限（例如加粗天线增加带宽的方式会使得天线的横截面增加进而影响天线的轻量化，增加阻性元器件会在改善天线匹配的同时损失天线的增益等）。

因而，使用综合设计的方式能够兼顾天线的小型化、轻量化等需求，同时在增加天线原带宽的基础上尽可能保证增益，在天线的诸多要求中寻求一个合理的平衡，实现天线的最优化设计。

本文通过综合优化的方式，使用遗传算法（GeneticAlgorithm，GA）联合CST和ADS进行天线和匹配电路的综合设计，根据电子对抗的实际需求，设计了一个工作在135~175 MHz，270~300MHz的双频单极子天线，在全频带内天线驻波比小于2.5；通过匹配电路的综合优化，使得原天线的低频带宽从14MHz增加到46Mhz，同时通过遗传算法优化匹配电路的方式，减小了匹配电路中有耗原件的阻值，在驻波比满足要求的情况下尽可能地保证了天线的增益下降最低，使得在最低频率增益仅下降1.91dB，在部分谐振区域增益不变或提高。

通信系统天线课程设计WLAN双频单极子天线设计姓名吴涛、林丹峰学号2014010104018、2014010104026专业班级14通信B班1 WLAN双频单极子天线基本理论图3. 4. 2所示为设计的微带双频单极子天线的结构模型，整个天线结构大致分为5个部分，即介质层、高频（5GHz)单极子天线、低频（2.4GHz)单极子天线、微带馈线和参考地。

介质层的材质使用Rogers R04003，其相对介电常数ᵋ=3. 38，损耗正切tan$ =0. 0027，介质层厚度为1. 52mm。

介质层的下表面是单天线的，介质层的上表面馈线和单天线。

其中，左的L形结构是高频单天线，工作于IEEE802. 11a频段，BP作频率为 5. 15GHz〜5. 825GHz，右侧的L形结构是低频单极子天线，工作于IEEE802. lib频段，即工作频率为；4GHz 〜；4825GHz。

2. 单极子天线流程(1)启动HFSS 软件，HFSS运行后会自动新建一个工程，并保存，工程名必须为英文；(2)设置求解类型；设置模型长度单位；添加和定义设计变量；(3) 创建单极子天线模型，创建介质层，创建介质层上表面单极子天线贴片模型，设置端口激励，设置辐射边界条件(4) 求解设置(5) 设计检查和运行仿真计算(6)数据处理，查看计算结果，包括回波损耗S11 参数、电压驻波比VSWR、smith原图输入阻抗、方向图等进行优化设计得到最优解。

3. 单极子天线结构为了便于后续的参数化分析，即分析天线的各项结构参数对天线性能的影响，在HFSS 设计建模时需要定义一系列的变量来表示天线的结构，使用变量表示的单极子天线参数化设计模型如图3. 4. 3所示。

其中，定义的变量名称、代表的结构参数以及变量的初始值如表3. 4. 1所示。

4. 单极子天线仿真及分析HFSS拥有强大的数据后处理功能，仿真分析完成后，在数据后处理部分能够给出天线的各项性能参数的仿真分析结果，如回波损耗、驻波比、Smith圆图、输人阻抗和方向图等。

第五章 常用单极子天线的设计与实例§5.1常用的单极子天线...........................................................................................................- 2 - §5.1.1单极子天线..........................................................................................................- 2 - §5.1.2单极子天线的辐射场和电特性...........................................................................- 4 - §5.1.3单极子天线的馈电方法.....................................................................................- 11 - §5.2宽频带平面单极子天线的设计......................................................................................- 13 - §5.2.1 具有切角的平面单极子天线................................................................................- 14 - §5.2.2 具有短路节加载的平面单极子天线....................................................................- 17 - 5.3 总结....................................................................................................................................- 22 -§5.1常用的单极子天线§5.1.1单极子天线单极子（Monopole ）天线或称为直立天线是垂直于地面或导电平面架设的天线，已广泛应用于长、中、短波及超短波波段。

现代电子技术Modern Electronics TechniqueJul.2023Vol.46No.142023年7月15日第46卷第14期0引言随着时代的发展，向大容量、高速率方向发展的无线通信技术成为了该领域的主要目标[1‐2]。

作为通信系统中的关键模块，超宽带[3‐4]（UWB ）天线可以极大提高无线通信系统的信道容量、频谱效率和工作带宽范围，有着广阔的应用前景。

具有三维结构的倒锥天线，结构对称性高，能够实现43∶1的阻抗带宽[5]，但是其体积大，馈电结构稳定性差。

因此，具有低成本、易小型化及易加工等优势的微带单极子天线，逐渐成为无线通信领域的焦点[6]。

基于印刷电路板（PCB ）的微带单极子天线，在贴片上采用分形结构，比如六边型[7]、雪花型[8]或者勋章型[9]等，增加贴片的周长来提升带宽。

相比于线形结构，圆形结构周长更大，且对称性高，带宽更宽。

文献[10]中，利用椭圆型辐射贴片实现了24.1∶1的宽带阻抗匹配。

DOI ：10.16652/j.issn.1004‐373x.2023.14.001引用格式：李想，曹建银，姚晨阳，等.小型化超宽带叶型微带单极子天线设计[J].现代电子技术，2023，46（14）：1‐6.小型化超宽带叶型微带单极子天线设计李想1，3，曹建银2，姚晨阳2，3，丁振东2，王昊2，3，陶诗飞2（1.电磁空间认知与智能控制技术实验室，北京100191；2.南京理工大学，江苏南京210094；3.南湖实验室，浙江嘉兴314002）摘要：针对目前超宽带（UWB ）微带单极子天线带宽较窄以及尺寸较大等缺点，文中提出一种基于共面波导（CPW ）馈电的小型化超宽带微带单极子天线。

该天线由叶型的辐射贴片（其上挖去3个圆形贴片）、梯形地板和环形三叉戟共面馈电组成，可实现1~18GHz 的超宽带频率覆盖。

使用HFSS 软件对天线的结构和尺寸进行分析，得出最终的天线尺寸仅为40mm×75mm×0.5mm 。

一种新型UWB平面单极子贴片天线设计摘要：随着无线通信技术的不断发展，UWB（Ultra-Wideband）技术作为一种新兴的通信技术，在无线通信、雷达、位置定位等领域得到了广泛应用。

本文提出了一种基于UWB技术的贴片天线设计，主要包括天线结构设计、材料选取和性能测试。

实验结果表明，该贴片天线设计在整个UWB频带范围内具有良好的性能。

1.引言UWB技术具有带宽大、抗干扰性强、穿透能力强等优点，因此被广泛应用于无线通信和雷达系统中。

贴片天线由于其低成本、易于集成以及相对较小的体积成为应用UWB技术的理想选择。

2.天线结构设计本文设计的贴片天线采用单极子结构，其结构包括一个金属贴片和与之相连的传输线。

为了实现UWB频段内的宽带特性，我们以宽带匹配作为设计的关键。

通过优化天线的尺寸和贴片的形状，以满足低频和高频的特性阻抗匹配。

此外，通过添加地平面以提高天线的辐射效率。

3.材料选取贴片天线的性能与材料的特性息息相关，因此选取合适的材料对实现UWB贴片天线的设计至关重要。

一般选择介电常数低、损耗低的材料，如FR-4、此外，考虑到天线的尺寸和重量，需要选择高频率的材料，如RO40034.性能测试为了验证所设计的贴片天线在UWB频段的性能，我们进行了一系列测试。

首先，测量了天线的阻抗匹配和VSWR。

实验结果显示阻抗匹配低于2:1，并在整个UWB频段内保持稳定。

其次，通过测量模型的辐射特性，包括增益、辐射图案和方向性系数等参数。

结果表明，贴片天线在UWB频带范围内具有平稳的增益和辐射特性。

5.结论本文设计的基于UWB技术的贴片天线在整个UWB频带范围内表现良好。

通过优化天线结构设计和选择合适的材料，实现了UWB频段内的宽带特性。

该天线具有低成本、易于集成和较小的体积等优点，适用于UWB通信、雷达和位置定位等应用领域。

实验三WLAN双频单极子天线设计一、实验目的1熟悉运用Ansoft HFSS软件2 理解和熟悉WLAN双频单极子天线的原理，及它的各个参数3分析仿真结果二、实验原理如下图所示结构大致分为5个部分，即介质层，高频单极子天线，低频单级子天线，微带馈线和参考地。

基质层的材质为Rogers R04003，相对介电常数为3.38，设计工作频率为2.4GHZ和5.49GHZ两个频段，对应波长为122mm和55mm,若在介质Rogers R04003中传播，对应波长变为66.4mm和30mm。

对于2.45GHZ的中心频率，若采用自由空间波长，则1/4波长单极子天线天线的长度为30.5mm，若采用介质的波长，为16.6mm。

对于5.6GHZ的中心频率，若采用自由空间波长，则1/4波长单极子天线天线的长度为13.8mm，若采用介质的波长，为7.5mm。

三、实验步骤1 设置参变量，如图所示2建模型。

创建长方体介质基片，介质为Rogers R04003，命名为Substrate，顶点心坐标（-40,-20，0）,长40,宽40，高度H创建介质层上表面单极子天线贴片模型。

（1）创建矩形面1，Rectanglel1顶点心坐标（0,-S/2，H）,长-L,宽S。

（2）创建矩形面2，Rectanglel2顶点心坐标（-（L-2*W）,-S/2，H）,长-W,宽-L1。

（3）创建矩形面3，Rectanglel3顶点心坐标（-（L-W），-（L1+S/2），H）,长-L2,宽W。

（4）创建矩形面4，Rectanglel4顶点心坐标（-L,S/2，H）,长W,宽R1.（5）创建矩形面5，Rectanglel5顶点心坐标（-（L-W）,R1+S/2，H）,长-R2,宽W。

合并操作生成完整的贴片模型。

操作如实验二所示。

创建介质层下表面的参考地模型。

创建长方形介质基片，命名为GND，顶点心坐标（0,-20，0）,长-11,宽40。

选中Rectanglel1和GND 设置为理想导体边界。

一种新型UWB平面单极子贴片天线设计引言：超宽带（Ultra Wide Band，UWB）技术是一种基于宽带脉冲信号的通信技术，能提供高速、低功耗、高容量的无线通信。

在UWB系统中，天线的设计是至关重要的。

在本文中，我们将介绍一种新型的UWB平面单极子贴片天线设计。

设计原则：1.超宽带频段：根据UWB技术的定义，该天线应该在3.1GHz至10.6GHz的频段内具有良好的性能。

2.尺寸紧凑：该天线设计应该尽可能小巧，以便于集成到各种应用中。

3.高效率：该天线应该具有高辐射效率以提供高品质的通信连接。

4.平面化设计：平面单极子贴片天线具有较低的体积和重量，适合于集成到基于PCB的设备中。

设计流程：1.频带选择：根据UWB频段的要求，选择适当的频带。

2.初始几何结构：设计一个简化的电极结构，如直线或矩形形状。

3.参数调整：根据模拟仿真结果和电磁理论进行参数调整，优化天线的性能。

4.优化结构：使用优化方法进行结构优化，以获得更好的性能。

5.确定最佳结构：根据最终的仿真和优化结果，确定最佳的天线结构。

6.制作和测试：将设计好的天线制作成样品，并进行性能测试和验证。

设计结果：根据上述的设计流程，我们设计了一个新型的UWB平面单极子贴片天线。

该天线具有以下特点：1.频带范围广：在3.1GHz至10.6GHz频段内具有良好的性能，满足UWB技术的要求。

2.尺寸紧凑：天线尺寸小巧，适合于集成到各种应用中。

3.高辐射效率：天线具有高辐射效率，提供稳定且高品质的通信连接。

4.平面化设计：采用平面单极子贴片天线结构，体积和重量较轻，适合于基于PCB的设备集成。

测试结果表明，该天线在UWB频段内具有良好的性能，满足了设计原则和要求。

未来，我们将进一步研究该天线的实际应用，并不断优化其性能。

结论：本文介绍了一种新型的UWB平面单极子贴片天线的设计。

该天线设计在频带范围、尺寸、辐射效率和平面化设计等方面都具有良好的性能。

通过该设计，我们可以实现高品质、稳定的UWB通信连接。

电子质量2021年第05期(总第410期)作者简介院刘丽珍(1988-)，女，硕士，毕业于西安理工大学的电子与通信工程专业，现主要研究方向天线和射频电路设计。

小型化超宽带单极子天线设计Design of Miniaturized Ultra-Wideband Monopole Antenna刘丽珍,李冀,肖岩(郑州联睿电子科技有限公司,河南郑州450000)Liu Li-zhen,Li Ji,Xiao Yan (Zhengzhou Lianrui Electronic Technology Co.,Ltd,Henan Zhengzhou 450000)摘要：设计了一款小型化超宽带单极子天线，超宽带单极子天线包括辐射体，绝缘介质，金属地板，介质板，微带线。

天线辐射体为折叠金属单极子，单极子上部分为折叠结构相当于加载了电容，有效地降低了天线的高度，单极子下部分为阶梯结构，有效展宽了天线带宽。

金属地板印刷在介质板上作为天线反射板，介质板下面印刷微带线作为天线馈线。

天线S11的-10dB 阻抗带宽为6GHz-8.4GHz，在7.5GHz 时最大辐射增益为4.3dB。

该天线可以用于超宽带车载标签或物资标签。

关键词：小型化；容性加载；超宽带；垂直极化中图分类号：TN822+.8文献标识码：A文章编号：1003-0107(2021)05-0026-03Abstract:A miniaturized ultra-wideband monopole antenna is designed.The antenna includes a radiator,an insulating medium,a metal floor,a dielectric plate and a microstrip line.The antenna radiator is a folded metal monopole.The upper part of the monopole is divided into a folded structure,which is equivalent to loading the capacitor,effectively reducing the height of the antenna.The lower part of the monopole is divided into a stepped structure,which effectively widens the antenna bandwidth.The metal floor is printed on the dielectric plate as the antenna reflector plate,and the microstrip line is printed below the dielectric plate as the antenna feeder.The antenna S11has a -10dB impedance bandwidth of 6GHz-8.4GHz and a maximum radiation gain of 4.3dB at 7.5GHz.The antenna can be used for UWB vehicle tags or material tags.Key words:Miniaturization;Capacitive load;Ultra wide band;Vertical polarization CLC number:TN822+.8Document code:AArticle ID ：1003-0107(2021)05-0026-030引言2002年2月，批准了超宽带(UWB，Ultra-Wideband)技术可用于民用通信，并授权商用的使用频段为3.1GHz-10.6GHz，并规定超宽带带宽绝对带宽大于500MHz。

最新新型UWB椭圆形单极子天线设计分析终稿近年来，随着无线通信技术的迅猛发展和无线设备的普及，对于天线设计的需求也越来越迫切。

UWB（Ultra Wide Band）椭圆形单极子天线作为一种新型的天线设计方案，具有宽带、小体积和易于集成等优点，被广泛应用于无线通信系统中。

本文将从UWB椭圆形单极子天线的设计原理、设计流程、性能评价以及设计案例等方面进行综述。

首先，UWB椭圆形单极子天线的设计原理是基于单极子天线的辐射原理。

传统的单极子天线在工作频率范围内辐射效果较好，但是其在宽频工作时会出现很多干扰和泄漏，而UWB椭圆形单极子天线则通过调整天线的结构和参数，使其在宽频工作时具有良好的辐射效果。

其次，UWB椭圆形单极子天线的设计流程主要包括：参数选择、天线结构设计、天线仿真和性能测试等步骤。

首先，需要根据应用要求和工作环境选择适当的参数，例如频率范围、增益和天线大小等。

然后，设计合适的天线结构，常见的包括矩形、圆形、椭圆形和封闭式等。

接下来，通过仿真软件进行天线性能仿真和优化，例如辐射模式、频率响应和阻抗匹配等。

最后，对设计好的UWB椭圆形单极子天线进行性能测试，如频率范围、增益和辐射效率等指标。

此外，UWB椭圆形单极子天线的性能评价主要包括以下几个方面。

首先是频率响应，即天线在整个工作频率范围内的响应情况。

通常，UWB椭圆形单极子天线需要具有平坦的频率响应，以保证在不同频段下的信号接收和发送质量。

其次是辐射模式，即天线在空间中的辐射特性。

一个理想的UWB椭圆形单极子天线应该具有良好的辐射模式，辐射范围广且辐射方向稳定。

最后是阻抗匹配，即天线的输入阻抗与系统的输入阻抗匹配程度。

一个优秀的UWB椭圆形单极子天线应该能够实现较好的阻抗匹配，以提高无线传输的效率和稳定性。

最后，以一款最新的UWB椭圆形单极子天线设计案例为例进行分析。

该设计案例采用椭圆形结构，工作频率范围为3.1GHz到10.6GHz，大小为10×15mm。

频率可重构的单极子天线设计成根;段美玲;李文妮;韩丽萍【摘要】本文设计了一种频率可重构的单极子天线.天线由一个阶梯型馈线、两个L型枝节和一个矩形接地板组成.两个理想开关加载在馈线与枝节之间,通过控制开关状态改变天线的表面电流分布,从而实现频率可重构.天线的尺寸为35 mm×40 mm.仿真和测量结果表明:该天线可以在两个单频模式(2.4 GHz和5.2 GHz)以及一个双频模式(2.4 GHz/5.2 GHz)之间切换.天线在不同模式下都具有稳定的辐射方向图.%This paper presents a frequency-reconfigurable monoole antenna.The antenna consist of a stepped microstrip feed line,two L-shaped stubs and a rectangular ground plane,and two ideal switches are loaded between microstrip feed line and stubs.By changing the states of the switches,the current distribution will be altered,and then frequency reconfigurability is achieved.The overall size of the antenna is 35 mm × 40 mm.The simulated and measured results show that the proposed antenna can operate at two single-band modes (2.4 GHzand 5.2 GHz) and a dual-band modes (2.4 GHz/5.2 GHz).The proposed antenna has a stable radiation patterns in different modes.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2017(031)002【总页数】5页(P148-152)【关键词】阶梯型馈线;频率可重构;单频模式;双频模式;单极子天线【作者】成根;段美玲;李文妮;韩丽萍【作者单位】山西大学物理电子工程学院,山西太原030006;山西大学外国语学院,山西太原030006;山西大学物理电子工程学院,山西太原030006;山西大学物理电子工程学院,山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】TN821+.3近年来，随着无线通信技术的快速发展，对移动设备工作在不同应用环境的需求日益增加. 可重构天线依据设备所处应用环境，可以对天线的工作频率、辐射方向图、极化等特性进行重构，并且具有成本低、功能多、体积小和易于集成等优点，引起了国内外学者的广泛关注.频率可重构天线通过加载开关元件，如PIN二极管[1]，变容二极管[2]，射频微机电系统(RF-MEMS)[3]，以及GaAs场效应晶体管(FET)[4]等，改变天线的表面电流分布，从而改变天线的谐振频率，实现频率可重构. 然而，许多频率可重构天线只能工作在单频带或双频带模式. 文献[5]在半圆形贴片上的调谐枝节中加载3个PIN二极管，天线可以在4个单频带之间切换，频比为1.7∶1. 文献[6]在L型缝隙中加载5个PIN二极管，天线工作在6个单频带模式，工作频带为2.2～4.75 GHz. 此外，有学者在S型[7]、 T型[8]缝隙中加载PIN二极管，通过控制二极管的状态改变缝隙长度，实现频率可重构. 文献[9]在两个贴片单元分别刻蚀C型缝隙，并在馈电网络与两个贴片单元的连接处加载一对PIN二极管，天线工作在两个双频带模式和一个宽频带模式. 文献[10]设计了一个双频带可重构的缝隙天线，在缝隙的适当位置加载两个变容二极管，通过控制变容二极管的偏置电压，天线可以实现双频带的切换.本文设计了一种频率可重构的单极子天线. 在馈线与两个L型枝节的连接处分别加载一个开关，通过控制开关的通断实现频率可重构. 仿真和测量结果表明天线可以工作在两个单频模式和一个双频模式.天线的结构如图 1 所示. 该天线包括3层，上层为馈线和辐射单元，中间层为介质基板，下层为接地板. 辐射单元中两个L型枝节分别实现不同的工作频率，阶梯型馈线改善天线的阻抗匹配. 通过在馈线与两个枝节的连接处分别加载一个开关并控制二极管的通断，改变天线的表面电流分布，实现频率可重构. 设计的天线工作频率为2.4 GHz和5.2 GHz，利用三维电磁仿真软件HFSS进行仿真. 选用相对介电常数为4.4，厚度为1.6 mm的FR4介质基板，优化的参数为： W=35 mm, L=40 mm, lf=11 mm, wf =3 mm, lp=7 mm, wp=6 mm, l1=3.7 mm,l2=4.8 mm, l3=16.2 mm, l4=8.5 mm, d=2 mm, lg=14 mm, wg=40 mm. 理想开关用尺寸为1 mm × 0.8 mm 的铜片代替，用铜片的有无表示开关的导通和断开. 表1给出了天线的工作模式.图 2 为天线的仿真反射系数曲线. 由图2可知，在模式1(S1导通， S2断开)和模式2(S1断开， S2导通)时，天线工作在单频模式，谐振频率分别为f1=2.4 GHz 和f2=5.2 GHz；在模式3(S1导通， S2导通)时，天线工作在双频模式，谐振频率为f1/f2=2.4/5.2 GHz.为了说明天线的工作原理，对天线3种工作模式的表面电流分布进行了研究，如图3 所示. 图3(a)和图3(c)给出了天线模式1和模式3谐振频率为f1的电流分布，由图可知，电流主要集中在较长的L型枝节. 在模式2和模式3，谐振频率f2的电流主要集中在较短的L型枝节和阶梯型馈线边缘，如图3(b) 和3(d)所示.通过对天线进行敏感性分析，发现阶梯型馈线主要影响天线的匹配性能， L型枝节长度影响天线的谐振频率. 在分析某一参数对天线性能的影响时，其它参数均保持不变. 图 4 和图 5 分别给出了在模式3情况下阶梯型馈线长度lp和宽度wp对天线反射系数的影响. 从图4中可以看出，随着lp的增加，天线高频段的阻抗匹配逐渐变好. 由图 5 可知，采用普通微带馈线(wp=wf=3 mm)时，天线高频部分阻抗匹配很差，采用阶梯型馈线时高频段的匹配性能得到明显改善. 图 6 给出在模式3情况下l1和l2变化时的反射系数曲线. 从图中可以看出，随着l1或l2的增加，谐振频率f2逐渐降低，而f1保持不变. 图 7 为在模式3的情况下， l3和l4对天线反射系数的影响. 由图可知，随着l3或l4的减少，谐振频率f1逐渐变大，而f2基本不变.天线印制在相对介电常数为4.4的FR4介质基板上，图 8 为天线的实物图. 采用Agilent公司N5230A矢量网络分析仪测量天线的反射系数，采用Lab-Volt公司8092型自动天线测量系统测量天线的方向图和增益.图 9 为天线仿真和测量的反射系数曲线. 天线的测量结果和仿真结果基本吻合. 从图中可以看出，天线能够实现3个不同的工作模式： 2.4 GHz和5.2 GHz两个单频模式以及2.4 GHz/5.2 GHz一个双频模式，每个模式的-10 dB带宽分别为9.5% (2.31～2.54 GHz)，9.1% (4.95～5.42 GHz)以及10.5% (2.23～2.48GHz)/12.6% (4.87～5.41 GHz). 仿真和测量结果的差异主要是由介质基板介电常数的偏差以及制作误差引起.图 10 是天线仿真和测量的归一化辐射方向图. 从图中可以看出，测量结果与仿真结果基本一致. H面的方向图基本是全向型， E面的方向图基本呈“8”字型. 天线在模式1，模式2和模式3的峰值增益分别为2.86, 1.91,以及1.67/2.45 dBi，满足无线通信系统的要求.本文设计了一种频率可重构的单极子天线. 通过在馈线与两个L型枝节的连接处分别加载一个开关，控制开关的状态，选择相应的辐射单元，实现频率可重构. 天线在各个模式具有稳定的辐射性能并且结构简单容易制作，可以满足Bluetooth，WLAN等无线通信系统使用.【相关文献】[1] Majid H A, Abdul Rahim M K, Hamid M R, et al. Frequency-reconfigurable microstrip patch-slot antenna[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2013, 12: 218-220.[2] Gu H, Wang J P, Ge L. Circularly polarized patch antenna with frequency reconfiguration[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2015, 14: 1170-1173.[3] Zohur A, Mopidevi H, Rodrigo D, et al. RF MEMS reconfigurable two-band antenna[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2013, 12: 72-75.[4] Yang X L, Lin J C, Chen G, et al. Frequency reconfigurable antenna for wireless communications using GaAs FET switch[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2015, 14: 807-810.[5] Desmond Sim C Y, Han T Y, Liao Y J. A frequency reconfigurable half annular ring slot antenna design[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2014, 62: 3428-3431.[6] Majid H A, Rahim M K A, Hamid M R, et al. A compact frequency-reconfigurable narrowband microstrip slot antenna[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2012, 11: 616-619.[7] Peroulis D, Sarabandi K, Katehi L P B. Design of reconfigurable slot antennas[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2005, 53: 645-654.[8] Anagnostou D E, Gheethan A A. A coplanar reconfigurable folded slot antenna without bias network for WLAN applications[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2009, 8: 1057-1060.[9] Abutarboush H F, Nilavalan R, Cheung S W, et al. A reconfigurable wideband and multiband antenna using dual-patch elements for compact wireless devices[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2012, 60: 36-43.[10] Behdad N, Sarabandi K. Dual-band reconfigurable antenna with a very wide tunability range[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2006, 54: 409-416.。

现代天线设计常用单极子天线的设计与实例第五章常用单极子天线的设计与实例§5.1 常用的单极子天线........................................................................................................... - 2 - §5.1.1 单极子天线.......................................................................................................... - 2 - §5.1.2 单极子天线的辐射场和电特性........................................................................... - 4 - §5.1.3 单极子天线的馈电方法..................................................................................... - 11 -§5.2 宽频带平面单极子天线的设计...................................................................................... - 13 - §5.2.1 具有切角的平面单极子天线................................................................................ - 14 - §5.2.2 具有短路节加载的平面单极子天线.................................................................... - 17 -5.3 总结.................................................................................................................................... - 22 - -1-现代天线设计常用单极子天线的设计与实例§5.1 常用的单极子天线§5.1.1 单极子天线单极子（Monopole）天线或称为直立天线是垂直于地面或导电平面架设的天线，已广泛应用于长、中、短波及超短波波段。

单极子天线课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并掌握单极子天线的概念、结构和工作原理；2. 学生能够描述单极子天线的辐射特性，并解释其影响因素；3. 学生能够掌握单极子天线的阻抗匹配方法及其在实际应用中的重要性。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析并设计简单的单极子天线；2. 学生能够运用相关仪器和软件进行单极子天线的性能测试与优化；3. 学生能够通过实际操作，掌握单极子天线的制作和调试技巧。

情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对天线工程领域的兴趣，增强对电子工程专业的热爱；2. 学生能够认识到单极子天线在实际应用中的价值，提高社会责任感和创新意识；3. 学生能够通过团队协作，培养沟通与协作能力，养成尊重他人、共同进步的良好品质。

课程性质：本课程为电子工程专业高年级的专业选修课，旨在帮助学生掌握单极子天线的基本理论、设计和应用。

学生特点：学生具备一定的电磁场理论和天线原理基础，具有较强的学习能力和动手能力。

教学要求：注重理论与实践相结合，强调学生的主体地位，鼓励学生积极参与讨论和实际操作，提高学生的综合应用能力。

通过本课程的学习，使学生能够具备独立设计和优化单极子天线的能力。

二、教学内容1. 单极子天线基本概念：介绍单极子天线的定义、分类及其在无线通信中的应用。

教材章节：第3章第1节2. 单极子天线的工作原理：分析单极子天线的辐射机制、阻抗特性及其与频率的关系。

教材章节：第3章第2节3. 单极子天线的设计方法：讲解单极子天线的设计步骤、参数计算和优化方法。

教材章节：第3章第3节4. 单极子天线的阻抗匹配：介绍阻抗匹配的重要性、常用匹配方法及其在实际应用中的实现。

教材章节：第3章第4节5. 单极子天线的辐射特性分析：分析单极子天线的辐射方向图、增益和效率等性能指标。

教材章节：第3章第5节6. 单极子天线的实际应用：介绍单极子天线在无线通信、广播、卫星通信等领域的应用案例。

教材章节：第3章第6节7. 单极子天线的制作与调试：讲解单极子天线的制作工艺、调试方法和测试技巧。

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)摘要本设计介绍了射频双频单极子天线的基本原理以及基于HFSS的射频双频单极子天线的设计过程。

双频天线一个最为简单的颁发就是采用印刷单极子天线来实现，这类天线所需成本极低，而且结构和加工都极为简易，是目前为止众多学者的研究方向。

本篇论文主要设计与仿真射频双频单极子天线。

半波偶极子天线和单极子天线是迄今为止应用较为广泛的天线。

利用镜像原理，引入接地面可以将半波偶极子天线的长度减少一半，即14波长单极子天线。

然后，文中设计并仿真了一个单极子天线，能够使用在无线局域网中。

其L 型单极子天线由微带线直接馈电，天线工作于IEEE802.11a和802.11b两个工作频段，实现了天线的双频工作特性。

仿真结果表明，该天线低频单极子天线垂直方向长度等于19mm时，该单极子天线的双频振点，也就是高频振点对应IEEE802.11a（5.15GHz~5.825GHz），低频振点对应IEEE802.11b（2.4GHz~2.4825GHz），能够应用在无线局域网所涉及到到相关频段力，同时具备较佳的辐射方向图性质。

关键词：双频单极子；射频； WLAN； HFSSDesign of Radio-FrequencyMonopole AntennaABSTRACTThis design introduces the basic principles of radio dual-band monopole antenna and a dual-band radio-based HFSS monopole antenna design process. Printed monopole antenna as a dual-band antenna in the form of a simple structure, easy processing, low cost, is also a the antenna field. In this thesis, dual-band monopole antenna RF.The use of image theory, the introduction of ground plane can reduce the length of the , the paper applied to the design and production of a dual-band WLAN printed monopole antenna. The antennaTheL-type monopole microstrip line directly fed antenna operating in the frequency band IEEE802.11a and 802.11b both work to achieve the characteristics.Measured results show that the low-frequency monopole antenna vertical length equal to 19mm, were falling IEEE802.11a (5.15GHz ~ 5.825GHz) and IEEE802.11b (2.4GHz ~ 2.4825GHz) work on the band, meet the requirements of WLAN band, and pattern characteristics.Keywords:dual-band monopole; RF; WLAN; HFSS目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................................................................................................... I I 第1章绪论 .. (1)1.1本论文的研究背景 (1)1.2课题意义 (1)1.3双频天线研究现状 (2)1.4天线设计中的软件介绍 (3)1.5印刷天线与微带天线的差异 (4)1.6本论文主要工作及内容安排 (5)第2章射频双频单极子天线相关理论 (5)2.1天线的概述 (5)2.2天线的电参数 (6)2.3半波偶极子天线 (8)2.4单极子天线 (8)2.5印刷天线 (9)2.6双频天线技术概述 (10)2.7双频天线采用单一贴片的实现方法 (11)第3章射频双频单极子天线设计与仿真 (11)3.1.双频单极子天线的结构 (12)3.2天线初始尺寸和HFSS设计概述 (12)3.3HFSS仿真设计 (14)3.3.1添加和定义设计变量 (14)3.3.2添加新的介质材料 (14)3.3.3设计建模 (15)3.3.4设置边界条件 (15)3.3.5设置激励方式 (16)3.3.6求解设置 (16)3.4天线性能结果分析及优化 (17)3.4.1仿真设计结果 (17)3.4.2参数扫频分析R2对低频段谐振频率的影响 (17)3.4.3查看最终优化设计结果 (18)第4章结论 (19)4.1全文总结 (19)4.2展望 (19)参考文献 (19)致谢 (21)第1章绪论1.1本论文的研究背景单极子天线十几年发展迅速，随着其技术的改进，使得单极子天线在实际生活中应用得越来越广。

成绩：西安建筑科技大学毕业设计 (论文)文献综述院（系）：信息与控制工程学院专业班级：电子0901毕业设计：论文方向综述题目：基于HFSS的单极子天线设计学生姓名：戴伟策学号： 090640133指导教师：杨放2012年 3月18日基于HFSS的单极子天线设计摘要：单极子天线用来发射和接收固定频率的信号，通常用于短波超短波频段。

虽然在平时的测量中都使用宽带天线，但在场地衰减和天线系数的测量中都需要使用偶极子天线和单极子天线。

随着近年计算机技术的发展，出现了很多仿真软件，这些工具使工程人员能对设计出来的天线进行仿真。

本文介绍了HFSS软件，以及基于HFSS的单极子天线的仿真设计。

关键词：单极子天线；HFSS；1、前言天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。

最早的发射天线是H.R.赫兹在1887年为了验证J.C.麦克斯韦根据理论推导所作关于存在电磁波的预言而设计的。

它是两个约为30厘米长、位于一直线上的金属杆 其远离的两端分别与两个约40厘米2的正方形金属板相连接 靠近的两端分别连接两个金属球并接到一个感应线圈的两端 利用金属球之间的火花放电来产生振荡。

当时 赫兹用的接收天线是单圈金属方形环状天线 根据方环端点之间空隙出现火花来指示收到了信号。

G.马可尼是第一个采用大型天线实现远洋通信的 所用的发射天线由30根下垂铜线组成 顶部用水平横线连在一起 横线挂在两个支持塔上。

这是人类真正付之实用的第一副天线。

自从这副天线产生以后 天线的发展大致分为四个历史时期. ①线天线时期:在无线电获得应用的最初时期 真空管振荡器尚未发明 人们认为波长越长 传播中衰减越小。

因此 为了实现远距离通信 所利用的波长都在1000米以上。

在这一波段中 显然水平天线是不合适的 因为大地中的镜像电流和天线电流方向相反 天线辐射很小。

H.C.波克林顿在1897年建立了线天线的积分方程 证明了细线天线上的电流近似正弦分布。

超宽带平面单极子天线的分析和设计超宽带平面单极子天线的分析和设计孙永志李庭王伟光陈秋林王一笑赵旭（中国航天科工集团8511研究所，南京210007）摘要：本文研究了一种应用于超宽频带的平面单极子天线。

用传输线理论的等效电路方法分析了展宽平面单极天线带宽的措施，即添加切角和短路枝节。

设计出了一种实用的超宽频带平面单极子天线，并对该天线进行了数值仿真。

计算的电压驻波比和辐射方向图与实测结果吻合良好。

关键词：平面单极子天线，传输线理论，超宽带Analysis and Design of the Ultra Wide Band Planar MonopoleAntennaSun Y ongzhi Li Ting Wang Weiguang Chen Qiulin Wang Yixiao Zhao Xu (No.8511 Research Institute of China Aerospace Science Industry Corp of China, Nanjing 210007) Abstract: In this paper, coordinate transformation method was used to analyze two-dimensional cylindrical electromagnetic invisibility cloaking.And the electromagnetic dispersion equation of electromagnetic invisibility cloaking was given.The calculation results show that two-dimensional cylindrical electromagneticinvisibility cloaking.has good scattering Characteristics for the electromagnetic wave.Keywords: Planar monopole antennas; Transmission line theory;Ultra Wide Band1 引言超宽带（Ultra Wide Band，缩写为UWB）是一种利用纳秒至微微秒级的非正弦窄脉冲传输数据的无载波通信技术，与传统通讯系统相比，所占用的频带宽度大大变宽。