单极天线

适用于WLAN的单极子天线，最大增益可达3.33dB
时间：2015-07-03
四分之一波长单极天线根部的输入阻抗为偶极天线阻抗的一半。

辐射功率也为偶极天线的一半。

在某些移动和便携设备上，四分之一的波长还是太大了，在这种情况下可以用增加天线的电感来增加天线的电气长度，这种做法在天线的根部和中部都可以进行，或者也可以将整个天线做成线圈状。

本文中设计的中心频率为2.45Ghz的单极子天线。

设计步骤：
step1：根据频率可算出阵子长度。

由波长和频率的关系。

阵子长度l=1/4*（3*1011/2.45*109）mm=30.6mm。

step2：模拟地面的大小。

一般选取大于一个波长。

step3：在仿真软件中建模，仿真。

模型以及仿真结果：
（a）模型图
（b）端口馈电处特写
（c）仿真结果
模型下载：
【2.45Ghz单极子天线模型】水印网址可以下载。

单极子天线的电磁脉冲响应37-1单极子天线的电磁脉冲响应郭玉春 ,谢拥军,史小卫(西电作者简介:郭玉春(1974-),男,山西,电磁场与微波技术硕士研究生37-22 计算天线对电磁脉冲的响应理论基础研究瞬态电磁场的问题,从根本上讲,目前有两种主要的分析方法,一种是频域法,一种是直接时域分析.由于天线的许多基本理论问题,是按照复阻抗和其它描述为频率单值函数的关系式而推导出来,因此频域法已广泛应用于求解天线瞬态响应问题.本文采用频域法求解天线的电磁脉冲响应.2.1 电磁脉冲波形目前,国内外对电磁脉冲辐射环境的描述多采用双指数型脉冲波形来表示,如式(1).() ( )ttpEt kE e eαβ = (1)其傅立叶变换频域表达式为式(2).( ) ( ) (( )( ))incpEkE jjωβααωβω= ++ (2)式中:Ep 为峰值场强; k 是修正系数;β,α为表征脉冲前,后沿的参数.对电磁脉冲波形参数采用不同的取值标准,研究的电磁脉冲效应结果会不同.对于关键电子化系统效应等方面的研究以选用效应影响程度较高的Bell实验室波形标准为宜,其波形参数k=1.05,Ep=50KV/m,α=4×106 s-1,β=4.76×108 s-1.2.2 计算模型电磁脉冲所覆盖的频谱范围主要在1GHz以下,在这个频段内的天线系统主要以线极化单(偶)极子及各种变形单(偶)极子为主要形式,所以选择单极子作为研究天线对电磁脉冲响应的模型是有一定的普适性.计算模型如图1所示,图1(a)表示与z轴夹角为θ的电磁脉冲E(t)射向高度为H的单极子天线,其等效37-3(b)(a) (c)Fig2. variation of electromagnetic pulse response curve with incident angle(a) open circuit voltage (b) short circuit current (c)load voltage图2 不同入射角的天线电磁脉冲响应曲线(a)开路电压(b)短路电流(c)负载电压分别令() 50 0LωΖ=∞ ,,,可导出天线的负载电压,开路电压,短路电流频域响应式(5)-(7).H50 ( )sin( ) ( , ) cos( cos )()50incLinEVfzzdzZcωθωωωθω′′′=+∫ (5)H( ) ( )sin ( , ) cos( cos )incVE fz zdzcωωωθωθ′′′=∫ (6)H()( ) sin ( , )cos( cos )()incsinEIfz z dzZcωωωθωθω′′′=∫ (7)只要对其式(5)～(7)进行反傅立叶变换就可以得到其相对应的时域响应,式中(,)fzω′和()inZω可以由矩量法求得.3 数值计算结果和分析影响天线的电磁脉冲响应的几个重要因素,主要有入射波的波形差异,入射仰角和天线的高度等等.选取天线高度H=6米,天线半径a=30毫米,其谐振频率为12.5MHz.3.1 天线的脉冲响应图2示出了贝尔脉冲以不同的夹角入射6米单极子天线的开路电压,短路电流和50Ω负载电压的时域曲线.从图2可以看出单极子天线对电磁脉冲瞬态过程的响应均为衰减的正弦波.开路电压,短路电流和50Ω负载电压的振荡频率分别为17.2MHz,11.7MHz和11.2MHz.开路电压其振荡频率略高于天线谐振频率,其振荡波形按双指数叠加,和入射电磁脉冲的特性及其相似,而短路电流和50Ω负载电压的振荡频率都低于谐振频率,短路电流振荡频率最为接近天线的谐振频率. 随着脉冲入射角的增加响应量的峰值变大,当入射的脉冲电矢量和天线的轴线平行时达到最大,但并不影响其振荡频率.小角度入射的时候,开路电压响应曲线上升缓慢,而短路电流和50Ω负载电压响应曲线下降变慢,类似限幅作用.这里需要特别指出的是,计算所得开路电压,短路电流和50Ω负载电压的峰值时间大约为20ns,是入射贝尔脉冲峰值时间的2倍,可见电磁脉冲进入天线后上升变慢,毁伤效应下降.37-43.2 不同天线高度的脉冲响应特性图3给出了开路电压,短路电流和50Ω负载电压的峰值,最大上升率和衰减时间与天线高度(即谐振频率)的特性关系曲线.特性曲线显示随着天线高度的增高(即随着天线谐振频率的降低),开路电压,短路电流和50Ω负载电压的峰值,衰减时间和最快上升率都在增大.这和脉冲的频谱特性有关系,贝尔脉冲的能流范围主要在10k～30MHz之间,天线谐振频率在此范围内可以吸收较高的能量.负载电压和短路电流的上升率相对而言变化比较平缓,这一特性为接收机的脉冲防护设计提供了依据.图3显示开路电压的峰值大致在105V数量级,考虑开路电压的衰减时间,为防止天线基座附近脉冲击穿所需的绝缘体设计提供指导.开路电压和负载电压的最大的电压上升率为229Kv/ns,远远高于通常雷电脉冲的最快上升率,这对于选用设计敏感接收机的保护电路具有指导作用.机载天线通常为了防止雷击,设计都是对直流短路的.脉冲的短路电流与谐振频率的特性对计算短路趋肤电流和各种设备加固都有一定的指导意义.50Ω负载电压响应特性主要用来研究对各种系统和器件的鉴定,同时对系统保护电路的加固的提供设计依据.从图3可以看出,50Ω负载电压响应的各个响应量都远远低于开路电压的响应量的数值,峰值是开路电压的20%左右,从能量的角度,数量级的减少是因为负载吸收了脉冲能量,这为研究电磁脉冲对器件的毁伤及其电磁脉冲武器的研究提供途径.4 结束语在当前的信息战中,电磁脉冲武器越来越威胁着电子信息设备的生存,尤其是高功率微波超宽带电磁脉冲武器的出现.为了提高电子信息设备在电磁脉冲环境下的生存,研究电磁脉冲与各种系统部件的效应问题刻不容缓.本文研究了单极子天线的脉冲效应,给出了一些脉冲响应规律曲线,对电子设备的电磁脉冲防护技术及设备的加固都有一定的参考价值.参考文献:[1] R. Kasevich, Pulse response of linear dipole antenna, Antennas and Propagation, IEEE Transactionson [legacy, pre - 1988], vol. 31, pp. 369-371, 1983.[2] 彭仲秋, 瞬变电磁场. 北京: 高等教育出版社, 1989.[3] 汪文秉, 瞬态电磁场. 西安: 西安交通大学出版社, 1991.[4] S. Sebastiani, Protecting VHF antennas from EMP,IEEE 1991 International Symposium on, 1991.[5] 谢彦召,王赞基,王群书,周辉,孙蓓云, 高空核爆电磁脉冲波形标准及特征分析,强激光与粒子束, vol.15, pp. 781-787, 2003.50100150200250300350400123456天线高度(m)负载峰值电压(KV)衰减时间(ns)0.20.40.60.811.21.41.61.8275 37.5 25 18.75 15 12.5谐振频率(MHz)上升率(Kv/ns)峰值电压衰减时间上升率(a) (b) (c)Fig3 pulse response characteristic curves of monopole antenna (a) open circuit voltage (b) short circuit current (c)load voltage图3单极子天线的脉冲响应特性曲线(a)开路电压(b)短路电流(c)负载电压0100200300400500600700800123456天线高度(m)开路峰值电压(KV)衰减时间(ns)2468101275 37.5 25 18.75 15 12.5谐振频率(MHz)上升率(Kv/ns)峰值电压衰减时间上升率1002003004005006007008009001000123456天线高度(m)峰值电流(A)衰减时间(ns)510152025303540455075 37.5 25 18.75 15 12.5 谐振频率(MHz)上升率(A/ns)峰值电流衰减时间上升率。

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。

赫兹偶极子和四分之一波长单极子天线1. 引言1.1 概述赫兹偶极子和四分之一波长单极子天线作为无线通信领域中常见的天线类型，具有广泛的应用和重要的研究价值。

赫兹偶极子是一种基本的辐射器件，由两个相等并且反向振荡电流构成，产生球面辐射场。

而四分之一波长单极子天线则是一种以悬浮地平面为结构特点的天线，主要通过单根导体来实现信号的发射和接收。

本文将从定义和原理、构造和特性以及应用领域等方面对这两种天线进行深入探讨。

1.2 文章结构本文将分为五个部分进行介绍与分析。

首先，引言部分将给出赫兹偶极子和四分之一波长单极子天线的概述，并阐明文章所采用的结构与目标。

其次，在第二部分中，我们将详细探讨赫兹偶极子的定义、原理、构造和特性以及应用领域。

紧接着，在第三部分中，我们将详细介绍四分之一波长单极子天线在定义、原理、构造和特性以及应用领域方面的相关信息。

接下来，在第四部分中，我们将对这两种天线进行比较和联系，主要包括相似点、不同点以及相关性分析。

最后，在第五部分中，我们将总结前文所讨论的要点，并对这两种天线提出评价与展望。

1.3 目的本文旨在全面介绍赫兹偶极子和四分之一波长单极子天线的原理、特性和应用领域，并通过比较与联系阐明它们之间的关联性。

通过对这两种天线进行深入研究，有助于读者更加清晰地理解和掌握它们在无线通信系统中的应用价值和工作原理。

此外，文章还将对这两种天线进行评价，并给出未来在技术发展方向上的展望。

通过本文的阅读，读者可以获得关于赫兹偶极子和四分之一波长单极子天线方面的基础知识，并且能够更好地了解它们在无线通信领域中所扮演的重要角色。

2. 赫兹偶极子2.1 定义和原理赫兹偶极子是由德国物理学家海因里希·赫兹于19世纪末发明的一种天线。

它是由一个导体构成的，导体两端呈V形或者倒V形排列。

赫兹偶极子的工作原理基于电磁辐射产生的原理，通过在电流中引入突变或变化频率，就能够产生辐射，并将电能转化为无线电波能量。

第四章 双极与单极天线双极天线就是前面提到的对称振子天线，这种天线从馈电输入端看去有两个臂。

所谓单极天线，就是从输入端看去只有一个臂的天线，如导电平板上的鞭天线，垂直接地天线等。

4.1近地水平与垂直半波天线1、近地水平半波天线近地水平半波振子天线广泛应用于短波通信中(10~100λ=米)，其振子臂可由黄铜线、钢包线和多股软铜线水平拉直构成，中间由高频绝缘子连接两臂，可由双线传输线馈电，如图4-1所示。

图4-1 架设在地面上方的水平天线近地水平天线的分析方法前面已经介绍，可采用镜像法和考虑地参数的反射系数法，这里采用镜像法。

求上图问题yz 平面和xz 平面内的方向图函数。

用镜像法求解时，可看作是等幅反相的二元阵。

天线轴在y 方向，阵轴在z 方向。

■上半空间辐射场的模60|||(,)|m T I f rθϕ=E ， 20/θπ≤≤ (4.1) 式中，0(,)(,)(,)T a f f f θϕθϕθϕ=，20cos(cos )(,)sin f πθϕΔ=Δ，为半波振子方向图函数， △为天线轴与射线之间的夹角，cos sin sin Δθϕ=。

(,)2sin(cos )a f H θϕβθ=，为等幅反相馈电的二元阵因子。

面内(/2■yz 平)ϕ=π的方向图函数采用地面与射线之间的夹角Δ来表示，注意关系/2θπ=−Δ，有20cos(cos )2()()()2sin(sin )sin T a f f f H ππλΔΔ=ΔΔ=⋅ΔΔ(4.2a) ■xz 平面内(H 面，0=的方向图函数)ϕ半波振子：(/2πΔ=)0(,)1f θϕ=，二元阵阵因子(用角表示)：Δ(,)2sin(sin )a f H θϕβ=ΔΔ 2()2sin(sin )T f H πλΔ=Δ (4.2b)由式(4.2a)可画出yz 面内的方向图随架高H 的变化，如图4-1-1所示。

图4-1-1 yz 面内水平振子的方向图随架高H 的变化由式(4.2b)可画出xz 面(H 面)内的方向图随架高H 的变化，如图4-1-2所示。

单极与双极天线雙極(dipole)和單極(monopole)天線簡介天線在今日的電子產品的角色日益重要。

一方面由於無線產品越來越普及，各式的手機、GPS、藍牙耳機及週邊都會需要靈敏及內建的天線。

另一方面，高速的電路如果不注意，會有意想不到的天線耦合效應而干擾其他電子產品，造成EMI 或 EMC 的間題而影響產品的認証和量產。

本文介紹最簡單且普遍的天線：雙極及單極天線(dipole and monopole antenna)。

簡單是因為它的數學及物理特性；普遍是因為它的設計和成本而有廣泛應用。

同時雙極和單極天線所得到的結果可用於其他更複雜的天線上。

雙極天線的結構和原理Fig. 1a 草繪了一個雙極天線。

基本上就是兩根金屬線指向相反方向。

極性相反的電流由中間流入(出)兩根金屬線形成雙極天線。

如果從電路學來看，可能難以理解電流如何流入(出)完全斷開的金屬線。

這可用 Fig. 1b 的虛擬電容(virtue capacitance) 來 model 及解釋。

這個虛擬電容把斷路的雙極電線變為一個迴路，可以用電路理論來了解天線的特性，而不用更複雜的電磁場理論。

這個虛擬電容包含了少部份的寄生電容 (parasitic capacitance) 以及大部份儲存電場能量的等效電容。

雙極天線的優點：不需要 ground, 同時也比較不受環境影響(人體等等)，常用於早期類比電視的天線或外接天級(如 Fig. 1c 用於 Mio 和 Panasonic 數位電視的外接天線）。

雙極天線的缺點：所佔的空間較大，少用於小型電子產品例如手機、行動電視等。

Fig. 1a and 1bFig. 1c 外接雙極天線一個簡單的類比是拍手，需要兩隻手（雙極）才能拍出聲音（電磁波）。

單極天線的結構和原理故名思義單極天線只有一根金屬線，Fig. 2a 草繪了一個單極天線。

從電磁學理論，天線能夠發射或接收 RF 訊號，需要有電位差 (potential difference)，才能形成電磁波（或電流形成迴路)。

双频单极子天线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1/4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 hot topic in 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 half-wave dipole antenna half, or a quarter-wave monopole antenna.Then, the paper applied to the design and production of a dual-band WLAN printed monopole antenna. The antennaThe L-type monopole microstrip line directly fed antenna operating in the frequency bandIEEE802.11a and 802.11b both work to achieve the characteristics.Measured results show that the low-frequency monopole antenna vertical length equal to 19mm, high frequency and low frequency resonance point of the dual-band monopole antenna design 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 has a good radiation pattern characteristics.Keywords:dual-band monopole; RF; WLAN; HFSS目录摘要 (I)ABSTRACT (II)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 (13)3.3HFSS仿真设计 (15)3.3.1添加和定义设计变量 (15)3.3.2添加新的介质材料 (15)3.3.3设计建模 (16)3.3.4设置边界条件 (16)3.3.5设置激励方式 (17)3.3.6求解设置 (17)3.4天线性能结果分析及优化 (18)3.4.1仿真设计结果 (18)3.4.2参数扫频分析R2对低频段谐振频率的影响 (18)3.4.3查看最终优化设计结果 (19)第4章结论 (20)4.1全文总结 (20)4.2展望 (20)参考文献 (21)致谢 (1)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。

PIFA天线与单极天线有何区别PIFA天线基本注意：1：天线空间一般要求预留空间：W ，L，H其中W（15-25mm）L(35-45mm),H(6-8mm) 其中H和天线谐振频率的带宽密切相关。

W、L决定天线最低频率20mm×30mm×7mm。

双频（GSM/DCS）：600 ×6～8mm三频（GSM/DCS/PCS）：700 ×7～8mm满足以上需求则GSM频段一般可能达－1～0dBi，DCS/PCS则0～1dBi。

当然高度越高越好，带宽性能得到保证。

2：内置天线周围七毫米内正下方不能有马达，SPEAKER，RECEIVER 等较大金属物体。

有时候有摄相头出现，这时候应该把天线这块挖空，尽量做好摄相头FPC的屏蔽（镀银糨）否则会影响到接收灵敏度。

3：内置天线附近的结构件（面）不要喷涂导电漆等导电物质。

4：手机天线区域附近不要做电镀工艺以及避免设计金属装饰件等。

5：内置天线正上、下方不能有与FPC 重合部分，且相互边缘距离七毫米以上。

6：内置天线与手机电池的间距应在5mm 以上。

7：手机PCB的长度对PIFA天线的性能有重要的影响，目前直板机天线长度75-105mm之间这个水平，8：馈点的焊盘应该不小于2mm*3mm;馈点应该靠边缘。

9. 天线区域可适当开些定位孔！10 在目前的有些超薄的滑盖机中，由于天线高度不够，可以通过挖空PIFA天线下方主板的地，然后在其背面在加一个金属的片，起到一个参考地的作用，达到满足设计带宽的要求。

MONOPOLAR (假天线)天线体积稍小、性能较差，一般不建议采用。

具体要求如下：1.内置天线周围七毫米内不能有马达，SPEAKER，RECEIVER 等较大金属物体。

2.天线的宽度应该不小于15m；3.内置天线附近的结构件（面）不要喷涂导电漆等导电物质。

4.手机天线区域附近不要做电镀工艺以及避免设计金属装饰件等。

5.内置天线正上、下方不能有与FPC 重合部分，且相互边缘距离七毫米以上。

PIFA和MONOPOLE天线的原理和区别1。

pifa天线是微带天线演变而来。

很多的英文资料介绍patchantenna，建议看看基本原理。

最简单的patch天线是一个金属片平行放置于地平面上，用同轴线或者微带线馈电即可。

其辐射主要靠边缘场。

假设该天线平行于大地放置，其形状为矩形，长边左右摆放，长边的长度为1/4波长。

如果左边缘的场是从patch到地，那么右边缘刚好反向从地到将左右两个边缘的电场分解成水平和垂直分量，你会发现垂直分量抵消，水平分量加强。

这样将会产生平行于地平面的线极化远场。

就手机而言，pifa天线的主极化一般是平行于手机主地平面。

此时，可以得到两个基本结论，1）这种天线的谐振波长为贴片长边的4倍（实际中请考虑介质的波长缩短效应，正比于1/sqrt(epsilon)；2）这种天线的辐射主要靠边缘。

而边缘的场越往外倾斜，辐射越好（开放场）。

这就是为什么pifa天线的高度如此重要的原因。

2.在添加接地片后（在馈电附近添加了许多接地片），从微观角度来看，贴片上的电流将改变流向，部分电流将从右侧回流，然后返回地面。

这样，天线的谐振频率就会降低。

一般来说，波长约为贴片长边和短边之和的4倍（还应考虑波长缩短效应）。

从另一个角度来看，馈电柱和短路柱是一条双线传输线。

它会改变天线的阻抗。

它是一种变压器效应，将部分电容电抗转换为电感电抗，使整个天线形成谐振。

这条线越长（极限波长高达1/4），变化效应越明显（实际上，天线高度的增加越敏感）。

传输转换的原则应该让每个人都清楚。

当改变馈电柱和短路柱的横向尺寸或它们之间的距离时，实际上是在改变传输线的特性阻抗。

转换公式的平方部分将相应更改。

这就是为什么我们常说馈电点和短路点的改变会极大地改变天线的阻抗。

同时，这也是为什么可以在没有匹配电路的情况下优化PIFA天线（事实上，添加匹配有时会降低天线的传输指数）。

3。

这个问题的解释是要配上图可能会更清楚。

的确有些问题是要有坚实的理论基础以及现实经验才会有比较深的理解的。

用于WLAN的双频单极天线的设计摘要无线局域网即WLAN是一架连接通信网与终端设备的桥梁。

随着该项技术的慢慢发展，WLAN在实际的生活以及工作中的应用愈渐普及。

无线局域网对天线有独特的要求是由其自身的特性决定的。

由此，应用于WLAN的天线需具备小型化、宽频带和双频段的特性以及要低剖面且易共形和易集成。

而微带天线的剖面低和易共形等优点几乎囊括了WLAN天线所要达到的这些特性要求，所以其对于无线局域网的实现来说是非常理想的选择。

本文章在对国内和国外相关文献研究的基础上，通过对微带线的学习、分析和仿真及针对WLAN标准的要求，在文中提出了一种用于无线局域网的双频印刷单极天线。

此款天线可以方便地植入到无线通讯设备中，并且有较强的实用性。

该天线是由50 的微带传输线通过耦合馈电的方式对其具有对称性结构的S型贴片馈电。

天线获得阻抗带宽可以覆盖无线局域网2.4GHz/5.2GHz/5.8GHz。

天线的总体尺寸为22mm×49mm，结构紧凑，便于加工，易于集成，适合于无线通讯中的应用。

文中给出了天线的设计及不同参数对天线性能的影响。

关键词：WLAN；S型贴片；单极天线；耦合馈电；双频；小型化AbstractWireless local area networks (WLAN) is a bridge connecting communication network and terminal equipment. With the gradual development of this technology, the application of WLAN in real life and work is becoming more and more popular. Wireless local area networks (WLAN) has unique requirements for antennas, which are determined by its own characteristics. Therefore, the antenna used in WLAN needs to have the characteristics of miniaturization, broadband and dual-band, as well as low profile, easy conformation and integration. However, the advantages of microstrip antenna such as low profile and easy conformal almost include these characteristics of WLAN antenna, so it is an ideal choice for the realization of WLAN.Based on the research of domestic and foreign literatures, this paper proposes a dual-band printed monopole antenna for WLAN by studying, analyzing and simulating microstrip lines and meeting the requirements of WLAN standard. The antenna can be easily implanted into the wireless communication equipment and has strong practicability. The antenna is composed of 50 microstrip transmission lines by means of coupling feed to the symmetry of the structure of the s-shaped tiles feeder. The impedance bandwidth acquired by the antenna can cover 2.4GHz/5.2GHz/5.8GHz of the wireless local area networks. The overall size of the antenna is 22mm×49mm. It has compact structure, easy to process and integrate. It is suitable for wireless communication applications. The design of the antenna and the influence of different parameters on the performance of the antenna are given.Key words: Wireless Local Area Networks; S-type patch; monopole antenna; coupling feed; double frequency;miniaturization目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 论文主要内容 (3)第2章用于WLAN的双频印刷单极天线基本理论 (4)2.1 微带线馈电及耦合馈电 (4)2.2 微带天线的定义及分类 (4)2.3 单极天线基本参数及有限元数值分析法 (5)2.3.1 单极天线基本参数 (5)2.3.2 有限元数值分析法 (7)2.4 印刷单极天线工作原理 (7)2.5 天线的多频技术 (8)第3章WLAN、双频印刷单极天线的设计与分析 (9)3.1 天线的结构及分析 (9)3.2 天线的仿真设计与分析 (10)3.3 天线的各性能分析 (14)3.4 天线的总结 (16)第4章WLAN、双频印刷单极天线实物制作与分析 (17)4.1 天线的实物制作 (17)4.2 天线的分析 (17)4.3 天线小结 (19)第5章结束语 (20)参考文献 (20)致谢................................................................................................................................................................第1章绪论1.1 研究背景及意义无线局域网(WLAN)是一座把通信网络与终端设备连通的桥梁[1]。

第四章 双极与单极天线双极天线就是前面提到的对称振子天线，这种天线从馈电输入端看去有两个臂。

所谓单极天线，就是从输入端看去只有一个臂的天线，如导电平板上的鞭天线，垂直接地天线等。

4.1近地水平与垂直半波天线1、近地水平半波天线近地水平半波振子天线广泛应用于短波通信中(10~100λ=米)，其振子臂可由黄铜线、钢包线和多股软铜线水平拉直构成，中间由高频绝缘子连接两臂，可由双线传输线馈电，如图4-1所示。

图4-1 架设在地面上方的水平天线近地水平天线的分析方法前面已经介绍，可采用镜像法和考虑地参数的反射系数法，这里采用镜像法。

求上图问题yz 平面和xz 平面内的方向图函数。

用镜像法求解时，可看作是等幅反相的二元阵。

天线轴在y 方向，阵轴在z 方向。

■上半空间辐射场的模60|||(,)|m T I f rθϕ=E ， 20/θπ≤≤ (4.1) 式中，0(,)(,)(,)T a f f f θϕθϕθϕ=，20cos(cos )(,)sin f πθϕΔ=Δ，为半波振子方向图函数， △为天线轴与射线之间的夹角，cos sin sin Δθϕ=。

(,)2sin(cos )a f H θϕβθ=，为等幅反相馈电的二元阵因子。

面内(/2■yz 平)ϕ=π的方向图函数采用地面与射线之间的夹角Δ来表示，注意关系/2θπ=−Δ，有20cos(cos )2()()()2sin(sin )sin T a f f f H ππλΔΔ=ΔΔ=⋅ΔΔ(4.2a) ■xz 平面内(H 面，0=的方向图函数)ϕ半波振子：(/2πΔ=)0(,)1f θϕ=，二元阵阵因子(用角表示)：Δ(,)2sin(sin )a f H θϕβ=ΔΔ 2()2sin(sin )T f H πλΔ=Δ (4.2b)由式(4.2a)可画出yz 面内的方向图随架高H 的变化，如图4-1-1所示。

图4-1-1 yz 面内水平振子的方向图随架高H 的变化由式(4.2b)可画出xz 面(H 面)内的方向图随架高H 的变化，如图4-1-2所示。

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。

一种单极鞭状天线分析和设计1 引言鞭状天线由于尺寸小、结构紧凑而在当今各类通信设备中被广泛应用,其研究设计也因此受到广泛关注。

各种地面电台及车载电台配用了形式多样的鞭状天线,在舰船上也常看到林立的鞭状天线。

由于鞭状天线在物理尺寸上仍是小天线,尤其是HF频段低端,电阻小、电抗大,匹配困难,因此大多数鞭状天线应用在窄带工作状态,带宽大约在5%~10%左右。

单极鞭状天线属于鞭状类里结构颇为简单的一种,适合于车载等便携工作方式,体积小,辐射效率高,架设方便。

2 理论分析本文设计的鞭状天线结构采用长度为1/2波长的单极子。

单极天线是偶极子天线的一半,这种天线几乎总是高于安装地平面,其基本原理结构如图1所示,由长为h的直立振子和无限大的地板组成。

地面的影响可用天线的镜像来代替,这样单极子天线就可等效为自由空间内臂长为2h的对称振子。

当然,这样的等效仅对地面上的半空间等效,原因是地板以下没有辐射场。

辐射场与方向图架设在无限大理想导电平面上的单极接地天线产生的辐射场,可直接应用自由空间对称振子的计算公式进行计算:· (1)式中Im为波腹电流。

将Im=I0/sinβl,θ=90°-Δ,l=h,(I0为输入电流,Δ仰角,h为单极子天线的高度)。

代入上式,得:·(2)由F(Δ)可知,水平面的方向图是一个圆,即在方位面内是全向性的。

垂直平面的方向图如图2所示。

当h逐渐增大时,波形变尖;当h>λ时,出现副辨;在h=λ时,副瓣最大值发生在Δ=60°方向上;继续加大h,由于天线上反相电流的作用,沿Δ=0°方向上的辐射减弱。

为此,h应限制在λ之内。

在中波波段,为了抗衰落,要求尽可能降低超过55°的高仰角方向上的辐射,为此,h应尽可能大一些。

一般情况下,h=λ左右较为适宜。

从图2可以看出:(1)通常情况下,选用λ/4的单极子天线作为标准天线。

其方向图在水平面是一个圆,在俯仰面呈哑铃型分布。