新型CTS阵列天线的设计及仿真1

用于卫星通信的圆极化天线及CTS阵列天线的研究用于卫星通信的圆极化天线及CTS阵列天线的研究摘要：随着卫星通信的快速发展，对天线技术的需求也在逐渐增加。

本文主要研究了圆极化天线和CTS（Cosecant Squared）阵列天线在卫星通信中的应用。

通过对比两种天线的特性和性能，发现CTS阵列天线具有更好的性能，适用于卫星通信系统中。

一、引言卫星通信是一种通过卫星作为中继站点进行远距离通信的技术。

在卫星通信系统中，天线是其中至关重要的组成部分。

不同类型的天线适用于不同的通信要求。

圆极化天线和CTS阵列天线是近年来被广泛研究和应用的两种天线。

二、圆极化天线的特点与研究1. 圆极化天线的基本原理圆极化天线是一种能够在接收和发送时同时兼容水平和垂直极化波的天线。

其工作原理是通过相位差和振幅差来实现极化转换。

2. 圆极化天线的优势（1）能够同时接收和发送水平和垂直极化的信号，提高了通信的可靠性和传输的质量。

（2）不受信号传播路径的变化和多径效应的影响，适用于复杂的信道条件。

3. 圆极化天线的研究现状目前，圆极化天线技术已经得到了广泛应用。

一些研究机构和企业也在不断探索圆极化天线的新型设计和应用。

三、CTS阵列天线的特点与研究1. CTS阵列天线的基本原理CTS阵列天线是一种通过以固定的间隔放置的单元来构建的天线阵列。

其工作原理是通过改变单元之间的电相位差，实现波束形成和调整。

2. CTS阵列天线的优势（1）能够实现高增益和窄波束宽度，提高信号的接收和发送效率。

（2）能够实现波束的电子扫描和锁定，适应不同方向的通信要求。

3. CTS阵列天线的研究现状CTS阵列天线广泛应用于卫星通信系统中，其性能已被多次验证和实验。

目前也有很多研究致力于进一步提高CTS阵列天线的性能和应用。

四、圆极化天线与CTS阵列天线的比较1. 设计与制造复杂度圆极化天线的设计和制造相对较简单，适合小型化和成本控制。

而CTS阵列天线的设计和制造较为复杂，需要考虑到单元之间的相位差和互相干扰问题。

阵列天线方向图及其MATLAB 仿真1设计目的1.了解阵列天线的波束形成原理写出方向图函数2.运用MATLAB 仿真阵列天线的方向图曲线3.变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系2设计原理阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。

阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。

在本次设计中，讨论的是均匀直线阵天线。

均匀直线阵是等间距，各振源电流幅度相等，而相位依次递增或递减的直线阵。

均匀直线阵的方向图函数依据方向图乘积定理，等于元因子和阵因子的乘积。

二元阵辐射场：式中： 类似二元阵的分析，可以得到N 元均匀直线振的辐射场：令 ，可得到H 平面的归一化方向图函数，即阵因子的方向函数：式中：ζφθψ+=cos sin kd均匀直线阵最大值发生在0=ψ 处。

由此可以得出])[,(212121ζθθθϕθj jkr jkr m e r e r e F E E E E --+=+=12cos ),(21jkr m e F r E E -=ψϕθθζφθψ+=cos sin kd ∑-=+-=10)cos sin (),(N i kd ji jkr m e e r F E E ζϕθθϕθ2πθ=)2/sin()2/sin(1)(ψψψN N A =kdm ζϕ-=cos这里有两种情况最为重要。

1.边射阵，即最大辐射方向垂直于阵轴方向，此时 ，在垂直于阵轴的方向上，各元观察点没有波程差，所以各元电流不需要有相位差。

2.端射振，计最大辐射方向在阵轴方向上，此时0=mϕ或π，也就是说阵的各元电流沿阵轴方向依次超前或滞后kd 。

3设计过程本次设计的天线为14元均匀直线阵天线，天线的参数为：d=λ/2，N=14相位滞后的端射振天线。

北京交通大学硕士学位论文八木天线的设计仿真与测试姓名：常媛媛申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：周克生20061201北京交通人子硕士学位论文中文摘耍中文摘要摘要：天线在现代通信系统中的作用不可或缺，本文的主要内容就是围绕天线展丌。

论文的主要内容分两个部分：八木天线的设计和参数测量。

本文的第一个主要部分是八木天线的设计仿真，设计基于GSM-R干扰检测定向用天线的要求。

要在GSM-R频段的下行885MHz-889MHz频段内和上行930MHz-934MHz 频段内有高的方向性系数；方向图主瓣半功率角小于40。

，并且副瓣电平足够低(<-9dB)；阻抗带宽要覆盖885-934MHZ的频带，驻波比小于 1.5：另外，也要使其满足移动检测的便携式要求。

八木天线有很多分析方法，本文主要介绍了感应电动势法、行波天线的观点、矩量法与优化算法相结合的方法及现代仿真技术应用于天线设计方法。

本文八木夭线的分析与设计包括天线部分的设计和平衡不平衡转换结构的设计。

通过理论分析和基于矩量法的仿真软件FEKO和基于有限元法的HFSS设计仿真，得到符合要求的八木天线•通过仿真得到了天线在两个频段上垂直和水平极化方向的方向图及相关特性参数、天线输入阻抗、驻波比及带宽等天线设计要求的参数。

通过结果的对比也验证了两种软件的有效性。

本文的第二个主要部分是天线特性参数的测量，包括天线的校准、天线方向图的测量、天线驻波比的测量。

通过理论学习和实际动手操作，详细介绍了测量方法、测量步骤、测量误差的分析等。

最后，作为八木天线的设计的延续^本文介绍了国外一种新型的八木天线设计方法，其板状设计易于和基于微带的单片微波集成电路结合共形，极有可能在未来的通信和雷达系统毫米波成像技术领域得到进一步的应用，为今后进一步的设计和优化提供了思路。

关键词：八木天线HFSS FEK0 方向系数方向图半功率角驻波比分类号：TN82北京交通人7硕+论文ABSTRACTABSTRACTAntenna plays an important role in present communication system. The main work of this paper focused on the design and measurement of Yagi-Uda antenna.The first section was the design and simulation of Yagi-Uda antenna. The antenna was used for the detection and direction of interference on the frequency band of GSM-R. In order to satisfy the requirement of detection and direction, we should manage to get the following antenna parameters: high directional coefficient； the bandwidth should cover the frequency band of GSM-R( 885-934MHz) ； HPBW (half-power-bandwidth of main lobe) <40°,1st side lobe :<-9dB；we should tradeoff the high directional coefficient and antenna size for the convenience of moving carrying.There are various methods on the analysis of Yagi-Uda antenna. In this paper，four methods were introduced; voltagc-induction method, the point of traveling wave, MOM combining optimum algorithm and software simulation. I use electromagnetic software HFSS and FEKO for the design. There are two part of my design: antenna and balun design. The horizontal and vertical polarization directional parameters were got, other parameters, Z m9 VSWR, bandwidth, were also got.The second main part of my work was the measurement of antenna parameters, which include antenna calibration, antenna direction measurement, VSWR measurement. The measurement method and step were describe in detail through theory study and practicc handle. The validity of two kinds of software was also tested through simulation and measurement.*Finally, a new kind design of Yagi-Uda antenna was introduced，which was totally compatible with any microstrip-based MMIC circuitry. I think this antenna find wide applications in wireless communication systems, power combining and phased arrays，as well as millimeter-wave imaging arrays.KEYWORDS ： Yagi-Uda antenna HFSS FEKO direction coefficient HPBW VSWRCLASSNO； TN82致谢首先要感谢我的导师周克生教授，在我攻读硕士学位期间给予我许多帮助和悉心指导《从基础知识的学习和科研能力的培养，到论文的选题、深入、成文，周老师在每一个环节都以他周到细致的分析、敏锐的视角、渊博的知识和对科学研究的严谨态度对我做了关键性的指引。

手把手教你天线设计——用MATLAB仿真天线方向图吴正琳天线是一种变换器，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。

在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。

无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。

此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。

一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。

同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。

这就是天线的互易定理。

天线的基本单元就是单元天线。

1、单元天线对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。

两臂长度相等的振子叫做对称振子。

每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。

对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。

两臂长度相等的振子叫做对称振子。

每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。

1.1用MATLAB画半波振子天线方向图主要是说明一下以下几点：1、在Matlab中的极坐标画图的方法：polar(theta,rho,LineSpec)；theta：极坐标坐标系0-2*pirho：满足极坐标的方程LineSpec：画出线的颜色2、在方向图的过程中如果rho不用abs(f)，在polar中只能画出正值。

也就是说这时的方向图只剩下一半。

3、半波振子天线方向图归一化方程：Matlab程序：clear alllam=1000;%波长k=2*pi./lam;L=lam/4;%天线臂长theta=0:pi/100:2*pi;f1=1./(1-cos(k*L));f2=(cos(k*L*cos(theta))-cos(k*L))./sin(theta);rho=f1*f2;polar(theta,abs(rho),'b');%极坐标系画图2、线性阵列天线2.1方向图乘积定理阵中第i 个天线单元在远区产生的电场强度为：2(,)ij i i i i ie E K If r πλθϕ-=式中，i K 为第i 个天线单元辐射场强的比例常数，i r 为第i 个天线单元至观察点的距离，(,)i f θϕ为第i 个天线单元的方向图函数，i I 为第i 个天线单元的激励电流，可以表示成为：Bji i i I a e φ-∆=式中，i a 为幅度加权系数，B φ∆为等间距线阵中，相邻单元之间的馈电相位差，亦称阵内相移值。

前言随着现代通信技术的迅猛发展，无线通讯越来越广泛，越来越多的应用于国防建设，经济建设以及人民的生活等领域。

在无线通信系统中，需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波，用来辐射或接受无线电波的装置称为天线。

在通信过程中，特别是点对点的通信，要求天线具有相当强的方向性，即希望天线能将绝大部分的能量集中向某一预定方向辐射。

阵列天线就是近代天线研究的一种方向，其研究催生了包括相控阵天线，均匀直线列天线，智能天线等在无线通信，雷达，导航领域中广泛应用的新型天线。

而天线阵列辐射场的研究是其中很重要的一部分。

天线是无线通信，广播电视，导航等工程系统中辐射或接收无线电波的部件。

无线电信是以辐射传播的电磁波作为信息的载体而实现通信。

在无线电信的实现中，天线具有至关重要的作用：在发送端天线把载有信息的导行电磁波转换为辐射电磁波；在接收端则完成相反的过程，即把载有信息的辐射电磁波转换为导行电磁波。

无论是理论上还是工程实际中，天线问题的核心则是求取辐射电磁波在空间存在的规律，特别是求取其场量辐射的空间分布规律，这称之为天线的方向性。

从易于理解和研究问题的方便考虑研究辐射波的问题都是从辐射源的分布求其辐射场的分布，即分析研究发射天线的辐射问题。

在天线的诸多特性参量中，天线的方向性无疑是第一位的，因为不同用途的无线电信系统要求不同的辐射场分布。

单一天线靠改变尺寸及天线上的高频电流分布，对方向图的调控是极其有限的。

这时我们就可以用多个天线（单元天线）组成一个天线系统，实现对天线辐射方向性的调控，获得所需的方向图。

由单元天线组成的天线阵的目的是实现天线方向性的调控，以期获得所要求的方向性。

1线天线的原理天线是将传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波，或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。

天线的品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。

无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作，通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。

高增益全向同轴CTS天线设计
赵春锐;陈星
【期刊名称】《传感器世界》
【年(卷),期】2022(28)1
【摘要】文章设计并制作了一款水平全向高增益同轴连续横向枝节(Coaxial Continuous Transverse Stub,CCTS)阵列天线。

天线由输入端的匹配单元、7个CTS辐射单元和终端短路单元3部分组成,具有易加工、成本低和易调节的特点。

同时,天线为旋转对称结构,有着良好的方向图圆度。

论文对天线原理、设计关键环节和主要结构参数对性能的影响进行了详细分析和说明,设计了一支工作频率5.8 GHz的CTS全向天线,加工制作了天线样品并进行了测试。

结果表明:其|S11|<-10 dB的阻抗带宽为6.2%(5.61~5.97 GHz),5.8 GHz频率点的增益达到12.1 dBi,极化方式为垂直极化,水平全向不圆度约±1.3 dB,测试与仿真结果吻合良好。

该天线在需要大覆盖范围要求的移动通信和无线电对抗等领域有着较好的应用前景。

【总页数】5页(P5-9)
【作者】赵春锐;陈星
【作者单位】四川大学电子信息学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN827
【相关文献】
1.X波段级联全向同轴CTS天线研究
2.超短波宽带高增益稳定度全向阵列天线设计
3.一种新型高增益全向印刷天线设计
4.一种宽带高增益全向赋形测控天线的设计与实现
5.一种具有雷电防护功能的高增益垂直极化全向赋形天线设计
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