实验四印刷偶极子天线设计
- 格式:pptx
- 大小:3.11 MB
- 文档页数:57
宽带印刷偶极子天线设计何庆强何海丹(中国西南电子技术研究所,成都610036)摘要:构建了一个宽带印刷偶极子天线,基于等效电路模型进行分析,给出了一套完整的设计计算公式。
采用该方法进行设计,可一次成功,不必进行参数扫描和优化。
给出的例子所得天线带宽达到54.15%,优于最新的国内外报道。
关键词:偶极子,巴伦,等效电路,宽带Design of a Broadband Printed Dipole AntennaHe Qingqiang He Haidan(Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036)Abstract: A broadband printed dipole antenna is created. Based on the analysis of equivalent circuit model, a perfect designing calculated process is given. Applying the proposed method, the dipole design can be successful once time and doesn’t need parameter tune and optimization. The designed dipole obtains a 54.15% bandwidth and has a better wideband characteristic compared with recent reports.Keywords: Dipole; Balun; Equivalent circuit; Broadband1 引言印刷巴伦偶极子天线最早研究起源于1974年[1]。
最近几年的研究表明:通过快速的单元模型分析计算,天线带宽可以达到18%[2];通过采用V形地平面,天线带宽可以达到33%以上[3];通过神经网络参数优化,天线的带宽可以达到40%[4];采用等效电路优化结合周期性加载原理,印刷偶极子天线的带宽可以达到47.8%[5]。
宽带印刷偶极子天线设计何庆强何海丹(中国西南电子技术研究所,成都610036)摘要:构建了一个宽带印刷偶极子天线,基于等效电路模型进行分析,给出了一套完整的设计计算公式。
采用该方法进行设计,可一次成功,不必进行参数扫描和优化。
给出的例子所得天线带宽达到54.15%,优于最新的国内外报道。
关键词:偶极子,巴伦,等效电路,宽带Design of a Broadband Printed Dipole AntennaHe Qingqiang He Haidan(Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036)Abstract: A broadband printed dipole antenna is created. Based on the analysis of equivalent circuit model, a perfect designing calculated process is given. Applying the proposed method, the dipole design can be successful once time and doesn’t need parameter tune and optimization. The designed dipole obtains a 54.15% bandwidth and has a better wideband characteristic compared with recent reports.Keywords: Dipole; Balun; Equivalent circuit; Broadband1 引言印刷巴伦偶极子天线最早研究起源于1974年[1]。
最近几年的研究表明:通过快速的单元模型分析计算,天线带宽可以达到18%[2];通过采用V形地平面,天线带宽可以达到33%以上[3];通过神经网络参数优化,天线的带宽可以达到40%[4];采用等效电路优化结合周期性加载原理,印刷偶极子天线的带宽可以达到47.8%[5]。
无线局域网的双频带印刷偶极子天线设计随着人们对通信质量和通信设备的集成要求不断增强。
作为通信设备子部件,天线也需要更高的性能以满足通信系统的需要。
截止目前,已有多种形式的天线被研发和应用。
Yi-Chieh Lee等人提出了一种开环形槽的贴片天线,它可以工作在2.4 GHz和5.2GHz两个频段。
Johanna M Steyn,Johan Joubert和Johann W Odendaal展示了一种工作在2.4 GHz和5.2 GHz频段的DBDP(Dual-Band Dual-Polarized)天线阵。
Zhang Q Y,Chu Q X,Wang Y提出了一种带有集成巴伦的贴片天线,覆盖了WLAN系统中的3个频段。
Li X,Yang L,Gong S X,Yang Y J提出了一种偶极子天线,偶极子的两个臂上有对称的开槽,使得天线可以在3个频段上工作。
另外还有一些其他形式的天线,比如对数天线,准八木天线等各种形式的天线。
而这些天线或因尺寸太大,不便集成和共形,或因结构复杂不便制作。
而采用耦合馈电的印刷偶极子天线是一种结构非常简单,而且易共形天线,适用于通信终端。
本文介绍了一种可用于WLAN的印刷偶极子天线,采用巴伦来耦合馈电40 nnn×50 mm的尺寸,结构非常简单,覆盖了WLAN的两个频段(2.4 GHz和5.8 GHz),适用于WLAN系统。
1 天线结构由偶极子的工作原理可知,其谐振臂的长度约为谐振波长的1/4。
为了能够双频工作,必须要有能激起两个谐振的面电流,对于偶极子就需要有两对谐振臂。
为了缩小天线的尺寸,一般采取弯曲谐振臂使电流长度变长的方式达到减小天线谐振臂的长度。
对于WLAN的两个频段2 400~2484 MHz和5 725~5 825MHz。
由偶极子的工作原理可知,对应于低频段f0=2.4GHz的谐振电流长度约为31mm,而对应于高频段f0=5.8 GHz的谐振电流长度约为13 mm。
偶极子天线设计及振子长度对天线特性影响的研究温州大学 愚 公2012年10月20日一、设计环境1、装有windows XP系统的PC一台2、HFSS10.0仿真软件二、设计任务与目标中心频率为3GHz的偶极子天线,并优化偶极子长度。
1、设计变量设置求解类型为Driven Model 类型,并设置长度单位为毫米。
定义对称偶极子天线的基本参数并初始化,如下表。
注:Length初始值为48mm。
表中数据为优化后的。
以下截图除最后一张外,Length均为48mm。
2、创建偶极子天线模型,即圆柱形的天线模型。
其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。
过程省略。
3、设置端口激励半波偶极子天线由中心位置馈电,在偶极子天线中心位置创建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面。
4、设置辐射边界条件要在HFSS中计算分析天线的辐射场,则必须设置辐射边界条件。
这里创建一个沿Z轴放置的圆柱模型,材质为空气。
把圆柱体的表面设置为辐射边界条件。
5、外加激励求解设置分析的半波偶极子天线的中心频率在3G Hz,同时添加2.5 G Hz ~3.5 G Hz频段内的扫频设置,扫频类型为快速扫频。
一、 实验结果1、回波损耗S11回波损耗回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射,是一对线自身的反射,是天线设计需要关注的参数之一。
设置方法与HSFF13有较大区别,具体步骤如下面三个图所示:其余各项结果的输出基本类似。
以下不再赘述。
图中所示是在2.4G Hz ~3.6 G Hz频段内的回波损耗,设计的偶极子天线中心频率约为3 G Hz,由于直接输入波长误差,实际模拟中心频率为2.95GHz,S11<‐10dBd的相对带宽BW=(3.12‐2.8)/2.95*100%=10.85%2、电压驻波比VSWR电压驻波比VSWR,是指驻波的电压峰值与电压谷值之比。
由图可以看到在2.95GHz附近时,电压驻波比等于1.41,说明此处接近行波,传输特性比较理想。
偶极天线制作方法
嘿,朋友们!想不想自己动手做一个偶极天线呀?哈哈,这可太有意思啦!
先准备好材料哦,就像做饭要有食材一样!你需要一段合适的金属导线,比如铜丝。
想象一下,这铜丝就是偶极天线的“筋骨”呢!还有绝缘子,给它来点支撑。
开始制作啦!把铜丝剪成合适的长度,这可得精细点哦!好比裁衣服要合身一样。
然后呢,把它固定在绝缘子上。
哎呀,就像给它找了个安稳的家。
你看看,两根对称的铜丝伸展开来,像不像一对展开翅膀准备飞翔的小鸟呀!这就是偶极天线的雏形啦。
接着,把馈线连接好。
嘿,这可不能马虎,得接得稳稳当当的。
不然信号怎么能顺畅地传输呢?这就好比是公路,要平坦通顺才行呀!
在制作的过程中,可别着急哦!就像小孩子学走路,得一步一步来。
要是弄不好,那可就前功尽弃啦,多可惜呀!
想想看,当你亲手做出这个偶极天线,然后接上设备,听到清晰的信号时,那感觉多棒呀!就像你打开了一扇通往奇妙世界的门。
而且哦,自己做的东西就是有一种特别的成就感,不是吗?就像自己种的菜吃起来特别香一样。
你还可以和小伙伴们一起分享这个制作的过程呀,大家一起动手,多有意思!
我觉得呀,偶极天线制作真的是一件超级有趣又有意义的事情,能让我们感受到科技的魅力,还能锻炼我们的动手能力呢,大家快来试试吧!。
印刷偶极子天线设计及振子长度对天线特性影响的研究温州大学 愚 公2012年10月20日一、 所用仪器1、装有windows XP系统的PC一台2、HFSS10.0仿真软件二、 操作步骤1、设计变量设置求解类型为Driven Model 类型,并设置长度单位为毫米。
定义对称偶极子天线的基本参数并初始化,如下表。
2、创建印刷偶极子天线模型如图。
其中另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。
过程省略。
3、设置端口激励印刷偶极子天线由中心位置馈电。
4、设置辐射边界条件要在HFSS中计算分析天线的辐射场,则必须设置辐射边界条件。
这里创建一个长方体设置为辐射边界条件。
5、外加激励求解设置设计的印刷偶极子天线的中心频率在2.45G Hz,同时添加2.0G Hz ~3.0G Hz频段内的扫频设置,扫频类型为快速扫频。
三、 实验结果1、回波损耗S11回波损耗回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射,是一对线自身的反射,是天线设计需要关注的参数之一。
HFSS10.0的设置方法与HSFF13有较大区别,具体步骤如下面三个图所示:其余各项结果的输出基本类似。
以下不再赘述。
图中所示是在2G Hz ~3 G Hz频段内的回波损耗,设计的印刷偶极子天线中心频率约为2.45G Hz。
2、电压驻波比VSWR电压驻波比VSWR,是指驻波的电压峰值与电压谷值之比。
由图可以看到在2.45GHz附近时,电压驻波比约为1.1,说明此处接近行波,传输特性比较理想。
3、smith圆图史密斯圆图是一种计算阻抗、反射系数等参量的简便图解方法。
采用双线性变换,将z复平面上。
实部 r=常数和虚部 x=常数两族正交直线变化为正交圆并与:反射系数|G|=常数和虚部x=常数套印而成。
图中所示的输入阻抗分别为实部和虚部,在中心频率 2.45GHz时,归一化输入阻抗为0.998‐j04,折合49.9‐j2,呈弱电容性。
4、输入阻抗传输线、电子电路等的输入端口所呈现的阻抗。
偶极子天线实验报告一、引言偶极子天线是一种常见的无线通信天线,广泛应用于无线电通信、雷达系统、卫星通信等领域。
本实验旨在通过实际操作,验证偶极子天线的工作原理和性能。
二、实验目的1. 了解偶极子天线的基本原理和结构;2. 掌握偶极子天线的调整方法和性能测试;3. 分析偶极子天线的辐射特性,并比较不同参数对天线性能的影响。
三、实验器材1. 偶极子天线;2. 信号源;3. 高频信号发生器;4. 示波器;5. 电源。
四、实验步骤1. 搭建实验平台:将偶极子天线固定在天线架上,并将信号源与天线连接。
调整天线的位置和方向,使其与信号源保持最佳匹配。
2. 测量天线增益:通过改变信号源的频率,测量天线在不同频率下的增益,并绘制增益-频率曲线。
3. 测量天线辐射方向图:将天线固定在水平方向上,通过旋转天线架,测量天线在不同角度下的辐射功率,并绘制辐射方向图。
4. 测量天线阻抗:将信号源与示波器连接,测量信号源输出和天线输入之间的阻抗,并计算天线的输入阻抗。
5. 调整天线参数:根据实验结果,调整天线的长度、宽度等参数,观察天线性能的变化。
五、实验结果与分析1. 实验结果:根据实验数据,绘制了天线增益-频率曲线,得出天线在特定频率范围内具有较高的增益。
实验数据还显示,天线在水平方向上具有较好的辐射特性,辐射范围较宽。
通过调整天线的参数,可以进一步优化天线性能。
2. 实验分析:偶极子天线的增益与频率有关,通常在某个特定频率下具有最大增益。
这是因为天线的长度和频率之间存在共振关系,只有在共振频率下,天线才能有效地辐射和接收电磁波。
而在共振频率附近,天线的增益会显著下降。
天线的辐射方向图描述了天线在不同方向上的辐射功率分布。
通过测量不同角度下的辐射功率,可以绘制出辐射方向图。
一般来说,偶极子天线的辐射方向图呈现出较为均匀的辐射特性,在水平方向上具有较好的辐射范围。
天线的阻抗是指天线输入端的电阻和电抗之和。
通过测量信号源输出和天线输入之间的阻抗,可以了解天线的阻抗匹配情况。
实验四半波偶极子天线设计
(一)实验目的
1.对半波偶极子天线有个大概的了解
2.对HFSS软件的参数设计认识。
(二)实验内容
1.通过学习HFSS软件以及天线PPT的课件知识,对半波偶极子天线有了初步的了解,建立的半波偶极子天线模型如下:
SH的扫频分析图如下:
该天线的回波损耗SH<=-10dB时BW=(3.25-2.775)/3=0.15833
电压驻波比VSWR
Smith圆图
输入阻抗
半波偶极子天线XZ面增益方向图
XY面增益方向图
三维增益方向图
三.实验总结
1.根据天线的课件以及老师学教的知识,我学会了对半波偶极子天线的设计。
2.其实HFSS软件很有用,以后多学习一下。
印制偶极子天线单元的仿真设计
周伟华
【期刊名称】《雷达科学与技术》
【年(卷),期】2000(000)003
【摘要】介绍了用于雷达阵列天线的印制偶极子天线单元的计算机仿真设计。
该单元设计源自Brain Edward和Daniel Rees所做的工作。
本文利用Ansoft HFSS软件对该单元进行了仿真,然后将仿真结果与测量结果进行了比较。
【总页数】5页(P52-56)
【作者】周伟华
【作者单位】华东电子工程研究所合肥 230031
【正文语种】中文
【中图分类】TN95
【相关文献】
1.V形地平面反射结构新型印制偶极子天线 [J], 范志广;冉立新;陈抗生
2.基于高频结构仿真器和神经网络的双面双频宽带偶极子天线设计 [J], 南敬昌;桑百行;高明明
3.印制偶极子天线单元的仿真设计 [J], 周伟华
4.虚实结合的偶极子天线仿真实验设计与教学实践 [J], 谭立容;袁迎春;张照锋;王抗美
5.应用XFDTD对平面扇形偶极子天线的仿真与设计 [J], 马岩;郑为
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。