双频微带天线设计毕业论文
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第09期2020年5月No.09May,2020现代通信发展迅速,各种通信所需的电子组件也迅速向高可靠性、短距离、小尺寸、轻量、薄型、高速和多极化方向发展,在功能方面,迫切需要一种具有良好电磁兼容性、抗电子干扰、具备隐身和反隐身特性、具备在多个频点工作的能力以及较小雷达横截面的高性能阵列天线。
现代通信系统的飞速发展对相控阵天线的机动性提出了严格的要求,传统反射型表面天线的作用受到关键缺陷的限制。
目前,微带天线已经被大规模应用于无线电通信、医用微波辐射计、雷达以及卫星通信等方面。
与微波天线相比,微带天线的优势在于:小巧、具有多种形式的电性能、各种极化均易获得、能够作为其中一个器件来配置有源电路、可以实现天线同时存在两个或多个谐振点、简化整体生产和调试、降低成本。
许多天线的开发和应用中都非常关注微带天线,因此,双频和多频也是微带天线的重要发展方向。
微带天线可以利用多模单片法、缝隙加载法[1]、多片法[2]和双馈电[3],使天线工作在双频或多频模式下。
在综合考虑增益和相对带宽的前提下,本项目设计了一个双频微带天线4×1的阵列,采用电抗加载方法,根据传统的矩形微带天线设计公式确定普通微带天线的结构及参数,适当改变部分微带传输线和1/4波长阻抗匹配传输线的宽度,以达到双频的频带宽度和两频率点之间的间隔。
该方法的优点是天线结构相对简单,天线各方面的性能指标也比较好,使得天线在实际工程中有一定的应用价值。
1 双频天线阵元的原理与设计要使天线工作在双频,可以采用电抗加载的方法。
电抗加载实现双频天线的一个重要原理是空腔模型的相关理论[3],对于一个有着较薄介质基片的微带天线,假设在谐振频率附近,其输入阻抗为Z in ,则:Z in =R+jX r +jX f (1)在式(1)中,X r 是该模并联谐振电路的“谐振电抗”,X f 是其他模的组合在一起产生的效应。
X r +X f =0是其谐振频率的特征方程。
微带环形平面双频超宽带天线设计 王江曼;陈德智 【期刊名称】《信息技术》 【年(卷),期】2011(000)008 【摘 要】提出了一种微带双频UWB天线的设计,结合ADS,HFSS仿真工具;对天线结构进行理论优化并通过大量仿真对天线尺寸进行调整;优化出适合UWB FCC提出的3.1-10.6GHz频带范围的双频微带天线,此天线的优点不需要任何加载,结构简单;仿真结果表明天线性能良好,满足一定的带宽需求.%In this paper,a dual-band microstrip UWB antenna design is proposed. Combined with ADS, HFSS simulation tools, simulated and optimized the antenna by a large number of adjustments on the theory of antenna,optimized to meet the UWB FCC s 3.1-10.6GHz frequency range. Advangtage of this antenna does not require any loading and simple. The simulation results show good performance of the antenna to meet the needs of bandwidth; has good radiation and gain characteristics.
【总页数】3页(P119-121) 【作 者】王江曼;陈德智 【作者单位】华东师范大学,上海200241;华东师范大学,上海200241 【正文语种】中 文 【中图分类】TN820 【相关文献】 1.小型化双频微带阵列天线设计 [J], 杨晋乾;曹力恒;周闯;王旭光 2.一种适用于WiFi的双频微带天线设计 [J], 梁夷闽 3.一种适用于WiFi的双频微带天线设计 [J], 梁夷闽 4.SAW微压力传感器及其双频微带天线设计 [J], 许浩源;李媛媛;马连杰 5.一种基于SRR的双频微带准八木天线设计 [J], 魏明;倪涛
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]。
新型小型化双频RFID微带天线设计南敬昌;吴炜圣【摘要】针对当前读写器天线存在尺寸较大、设计成本较高的问题,设计了一款适用于UHF频段和ISM频段的小型化双频单层手持读写器天线.天线采用FR4介质层,首先在辐射贴片中间开正方形槽并在辐射贴片上分别开四边狭缝和四角狭缝,实现天线的双频和小型化,然后对天线结构中的各个参数进行仿真分析,最终确定天线各个参数取值,并制作出实物进行测试.测试结果表明,天线工作频段为910~938 MHz和2.42~2.48 GHz,阻抗带宽分别为28 MHz和60 MHz,最大增益分别为-1.68 dB和-2.67 dB,所以本文设计天线符合UHF频段和ISM频段的要求.天线的尺寸为72 mm×72 mm×3 mm,与其他同类型天线相比体积更小,且采用单层设计,使设计成本有所降低.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2019(038)007【总页数】5页(P85-89)【关键词】射频识别;微带天线;读写器天线;小型化;双频;开槽【作者】南敬昌;吴炜圣【作者单位】辽宁工程技术大学电子与信息工程学院,辽宁葫芦岛 125105;辽宁工程技术大学电子与信息工程学院,辽宁葫芦岛 125105【正文语种】中文【中图分类】TN713射频识别[1] (Radio Frequency Identification,RFID)是一种非接触式的自动识别技术。
目前,射频识别技术已经被广泛地运用到了各行各业,例如物流管理、智能跟踪、智能卡、动物标签、电子收费和商店安全等应用领域。
一个基本的RFID 系统主要包括两个组件:RFID读写器和RFID应答器(标签)[2]。
读写器通过读取器天线发射无线电询问信号,并接收来自标签天线的反向散射信号,获得存储在标签内部记忆中的数据。
射频识别技术在不同标准和不同频段中被广泛应用[3],其中低频和高频技术尤为成熟,所以使用最广。
但高频和低频一般采用电感耦合方式,通信速率慢且传输距离短。
双层宽频微带天线的设计
双层宽频微带天线的设计
李旭哲,苏桦,李珣,刘藤
【摘要】微带天线的窄频带特性是限制其广泛应用的重要原因之一,因此,如何展宽微带天线的带宽的问题一直受到研究人员的关注。
通过采用双层多贴片及在两贴片之间加入空气层的结构来达到增加微带天线带宽的目的。
此外,利用微带线进行正交馈电,在满足宽频带的同时,也实现了天线的圆极化。
由贴片间的谐振耦合作用,该天线的频带展宽为11.04%(VSWR≤2),且增益达到了5.2 dB,可以在1.206~1.346 G的L波段内工作。
【期刊名称】现代电子技术
【年(卷),期】2010(033)021
【总页数】3
【关键词】微带天线;双层贴片;宽频带;圆极化
资助项目:国家高科技技术研究与发展技术项目资助
(2009AA03Z414)
0 引言
微带天线是在带有导体接地板的介质基片上附加导体贴片而构成的天线,采用微带线或者同轴探针对贴片进行馈电,在贴片和接地板之间激励起电磁场,通过贴片与缝隙向外辐射。
由于微带天线具有体积小,剖面低,重量轻,易馈电以及易与载体共形安装等优点,而广泛应用于测量和通讯各个领域。
但是,由于微带天线是一种谐振式天线,高Q特性也就决定了其输入阻抗对频率变化很敏感,导致了贴片天线的频带较窄(一般频带的相对带宽只有[1-2]2%~5%)。
对于工作在北斗频段的微带天线而言,由于带宽较窄,所以对工作频点的准确。
毕业论文-WIFI天线设计齐齐哈尔大学无线通信(论文)题目 WIFI天线设计专业班级通信工程 084 班学生姓名李敏代兴利陈树家学号 2008132111 2008132117 2008132003指导教师赵岩2011年12月20日I齐齐哈尔大学无线通信摘要在无线网络迅速发展的今天,天线的地位及其应用被人们日益重视。
本文系统的介绍WIFI天线制作方法,理论分析依据,及其制作过程中的技术要求。
本文具体内容包涵WIFI知识, WIFI是种短程无线传输技术。
具体理论分析计算制作WIFI天线形状、尺寸大小及其选用材料,具体制作WIFI天线的过程。
及其测试WIFI天线性能,对比系统自带天线。
包涵制作心得及其制作技巧,此天线原理简单,制作成功率高,是各位无线网络DIY爱好者初级制作首选。
关键词:WIFI天线;无线网络;WIFI天线制作I齐齐哈尔大学无线通信ABSTRACTIn today's rapid development of wireless networks, antenna and its applications is increasing attention on the status of. Method for making this system to introduce WIFI antenna, theoretical analysis based on, and in the process of making technology requirements.Knowledge of specific content in this article include WIFI, WIFI is kind of short range wireless transmission technology. Analysis and calculation of specific theories make WIFI antenna selection of shapes, sizes and materials, the concrete process of making WIFI antenna. And testing WIFI antenna performance, contrast with antenna system. Excuse making experience and production skills, this antenna simple in principle, make a highly successful, are you DIY enthusiasts primary production preferred wireless network.Key words:WIFI antenna; wireless signal; WIFI antenna manufacture II齐齐哈尔大学无线通信目录摘要 ..................................................................... (I)ABSTRACT ........................................................... ...................................................... II 目录 ..................................................................... ................................................... III 第1章引言 .............................................................................................................. 1 第2章概述 ..................................................................... . (2)2.1 WIFI相关简述 ..................................................................... . (2)2.2 WIFI组建方法 ..................................................................... . (4)2.3 WIFI目前的应用 ..................................................................... (5)2.4 WIFI天线制作与测试材料及工具 (6)2.5 本设计方案思路 ..................................................................... (6)2.6 主要技术指标...................................................................... ...................... 7 第3章理论分析 ..................................................................... . (9)3.1 分析天线形状...................................................................... .. (9)3.2 天线尺寸设计...................................................................... ..................... 10 3.3 罐头盒大小设计 ..................................................................... ........................... 11 3.4 导波线路分析...................................................................... .............................. 13 第4章制作与调试 ..................................................................... (15)4.1 整体实物制作...................................................................... (15)4.2 WIFI天线调试 ..................................................................... .. (21)第5章性能测试与对比 ..................................................................... (22)5.1 系统自带天线与WIFI天线性能对比 (22)第6章制作心得 ..................................................................... ................................... 26 第7章结论 ..................................................................... .. (27)III齐齐哈尔大学无线通信第1章引言WIFI全称Wireless Fidelity,又称802.11b标准,是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准(IEEE802.11)。
双频微带天线一、实验目的1、了解双频微带天线的辐射机理2、熟悉双频微带天线的结构二、实验原理双频工作是微带天线设计的重要课题之一,相关的设计包括使用多层金属片(Multiplayer Stacked Patches)、具槽孔负载之矩形金属(SlottedRectangularPatches)、具矩形缺口的正方形金属(SquarePatchesWithRectangularNotches)、具短金负载的金属片(Patches Loaded With Shorting Posts)、倾斜槽孔親合馈入的矩形金属片(Rectangular Patches Fed By An Inclined Slot)等。
其中,获得双频工作的一种最简单的方法是辐射贴片的长度对应一个频率谐振,其宽度对应另一个频率谐振,然后从对角线的一角馈电,就能使同一个辐射贴片工作于两个频率上。
其结构如下图所示:从上图中可以得知,x轴上的A点(x,0)为激发TM10模式的50Ω馈电点,由于A点位于辐射贴片y方向的中心线上,因此不会激发其他TM0n模式(n=1,3,5,……)。
另一方面,y轴上的B点(0,y)为激发TP。
〗模式的500馈电点,B点由于位于辐射贴片-方向的中心线上,因此不会激发其他TM)。
模式()=1,3,5,……)。
然后,如果将馈电点放置于(x,y)位置的C点,则此时天线可以同时激发TM01模式和TM10模式,且在这两种模式下均能得到50Ω的输入阻抗。
本设计为中心频率为1. 9GHz和2. 45GHz的双频矩形微带天线,在中心频率处的参数小于-20dB,并仿真分析给出天线的各项性能参数。
介质基片采用厚度为1.6mm的FR4环氧树脂(FR4 Epoxy)板,天线馈电方式选择50Ω同轴线馈电。
经计算得,中心频率为2.45GHz时,辐射贴片在x轴方向的长度为27.9mm,同轴线馈电点(即A点)离辐射贴片中心的距离为6.6mm。
中心工作频率为1. 9GHz时,天线辐射贴片在y轴方向的长度的初始值和50Ω馈电点 (B点)离辐射贴片中心距离的初始值,分别为40mm和10mm。
---文档均为word文档,下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要根据矩形贴片天线相关知识,设计出一款1×4的24GHz阵列贴片天线,此天线可以应用于交通测速以及汽车智能驾驶等方面。
首先是使用微带线馈电的方法建立单元贴片天线模型,进行优化仿真后得到最佳的单元贴片天线模型,然后在单元贴片天线的基础上,设计出合适的馈电馈电网络。
再通过仿真优化得到最佳的参数,从而设计出24GHz的阵列贴片天线。
并对天线设计进一步展望。
通过HFSS软件仿真设计,得到了一款1×4的阵列天线,回波损耗S11<-20dB,馈电点的输入阻抗值为50Ω,驻波比约为1.2,最大增益方向的增益为13.6dB,和之前所定的设计指标比较符合。
关键词:微带贴片天线;阵列天线;阻抗匹配; 方向图AbstractAccording to the knowledge of the rectangular patch antenna, a 1×4 24 GHz array patch antenna was designed. This antenna can be used in traffic speed measurement and intelligent driving of automobiles. The first is to use the method of microstrip line feeding to establish the unit patch antenna model, optimize the simulation to obtain the best unit patch antenna model, and then design a suitable feed power feed network based on the unit patch antenna. . Then the optimal parameters are obtained through simulation optimization to design a 24 GHz array patch antenna.Through the HFSS software simulation design, a 1×4 array antenna was obtained with a return loss S11<-20dB, a feed point input impedance of 50Ω, a standing wave ratio of approximately 1.2, and a maximum gain gain of 13.6dB. To meet the requirements of design indicators.Keywords: microstrip patch antenna; array antenna; Impedance matching;Direction pattern第1章绪论1.1论文的研究背景及意义毫米波(millimeter wave )是波长为1~10毫米的电磁波,它的波长处于微波与远红外波相交叠的波长范围,所以同时具有两种波谱的特点。
微带贴片双频天线研究与设计曹新宇;杨虹蓁【摘要】微带贴片天线以其馈电方式和极化制式的多样化以及馈电网络、有源电路集成一体化等特点而成为印刷天线类的主角.本论文采用HFSS仿真软件对单馈单层矩形微带贴片天线进行了设计和仿真.此次设计的1.85GHZ和2.45GHZ的双频贴片天线,在两个频点处,反射系数都低于-25dB,输入电阻都约为50欧姆,且电抗很小,达到了良好的匹配效果,辐射场量在两频点处分别约为2dB和4dB,符合小尺寸指标要求.【期刊名称】《北华航天工业学院学报》【年(卷),期】2013(023)004【总页数】4页(P11-14)【关键词】微带天线;HFSS;阻抗匹配;辐射增益【作者】曹新宇;杨虹蓁【作者单位】北华航天工业学院电子工程系,河北廊坊065000;北华航天工业学院电子工程系,河北廊坊065000【正文语种】中文【中图分类】TN823微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线。
金属贴片一般通过光刻、腐蚀等方法做出一定的形状,它采用微带线或同轴线等馈电,在导体贴片与接地板之间激励起电磁场,并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。
因此,微带天线也可以看成是一种缝隙天线。
由于介质基片的厚度往往远小于波长,属于电小天线。
1 微带天线基本工作原理微带天线的基本工作原理可以基本通过矩形微带贴片工作原理来理解。
如矩形微带天线结构示意图,图1所示。
贴片尺寸为L×W,介质基片厚度为h,要求h<<λ 0,λ 0为自由空间波长。
微带贴片可看作宽W长L的一段微带传输线,其终端W边处呈现开路,形成电压波腹。
取L≈λ m/2,λ m 为微带线上信号工作波长,于是另一端W边处也呈电压波腹。
图1 矩形微带天线结构示意图假定电场沿微带结构的宽度与厚度方向没有变化,仅沿半波长的贴片长度 L方向变化,该电场可近似表示为Ex=E0cos(π y/L)。
天线的辐射由贴片四周与接地板间的缝隙形成。
第19期2018年10月No.19October,2018微带天线是一种常用的天线形式,通常是在微波介质板材上腐蚀出导体薄片,背部有金属层作为导地接地板。
当在导体薄片和接地板之间有激励电场时,在接地板四周的缝隙中就会向外辐射电磁场[1]。
微带天线的馈电方式一般有同轴馈电、微带馈电和耦合馈电等。
微带天线是一种平面型结构,很适合与各类平面载体集成安装,也可将有源电路和微带天线一体化设计,优势更加明显。
如何提高通信系统的通信容量,增强抗干扰能力,一直是通信领域不断研究的方向。
两个圆极化电磁波实现极化复用,可避免电离层法拉第旋转效应,并降低电磁波传输过程中的多径效应[2]。
圆极化波是由两个等幅正交有90°相差的线极化波组成。
左、右旋的圆极化波是互相隔离的,因此圆极化天线的旋向具备正交性。
在电磁波传播过程中,碰到对称目标时,反射波就会变成相反的旋向[3]。
现代通信中,为提高通信效果,全双工的通信方式已经普遍应用在各种通信领域。
天线作为通信设备前端的重要组成部分,必然要能够同时在收发两个频段工作。
早期微带天线只能在很窄的频段上工作,支持收发两个频段比较困难。
随着技术的进步,宽带、多频段天线已经越来越多地应用在通信中。
降低微带天线的Q 值、附加寄生贴片、采用电磁耦合馈电和附加阻抗匹配网络等都是拓展带宽的措施。
多模单片法、加载单片法、几个贴片叠加在一起的多片法是实现微带天线多频段的常用手段。
理论上,这些方法适合频率间隔任意大的双频微带天线[4]。
本文对一种双频双圆极化微带天线进行了仿真设计,详细描述了天线的基本原理和结构形式,并在三维仿真软件中进行了电磁场仿真。
该天线采用单点馈电法[5],在微带贴片上附加简并分离单元,使天线辐射圆极化波;两个贴片叠层放置,分别工作在不同的频段上,实现双频段。
最终,天线可以同时辐射两个圆极化波,并且旋向相反。
天线的结构非常简单,加工方便,成本低廉。
1 设计思想微带天线通过同轴单点馈电实现辐射圆极化波,是基于空腔模型的理论。
一设计容简介双频工作是微带天线设计的重要课题之一,相关的设计包括使用多层金属片,具槽孔负载之矩形金属片,具矩形缺口的正方形金属片,具短金负载的金属片,倾斜槽孔耦合馈入的矩形金属片等。
其中,获得双频工作的一种最简单的方法是辐射贴片的长度对应一个频率谐振,其宽度对应另一个频率谐振,然后从对角线的一角馈电,就能使同一个辐射贴片工作于两个频率上。
其结构如图1所示。
图1故在这个设计中,L1是表示馈电点长度方向的x坐标的变量,其值为7mm,表示的中心频率为2.45GHZ,输入阻抗为50欧姆。
L2是表示馈电点的y坐标的变量,其值为10mm,表示的中心频率为1.7GHZ。
输入阻抗为50欧姆。
设计模型的中心在坐标原点上,辐射贴片的长度方向是沿着x轴方向,宽度方向是沿着y方向的。
介质基片的大小是辐射贴片的两倍,参考地面辐射贴片使用理想薄导体。
因为使用50欧姆的同轴线馈电,这里使用半径为0.6mm的材质为pec的圆柱体模型。
而与圆柱体相接的参考地面需挖出一个半径为1.5mm的圆孔,将其作为信号输入输出端口,该端口的激励方式设置为集总端口激励,端口归一化阻抗为50欧姆。
HFSS仿真设计过程1.新建工程文件(1)运行HFSS并新建工程:双击快捷图标,启动HFSS软件。
新建一个工程文件,工程名为Dual_Patch.hfss文件。
(2)设置求解类型:选择hfss→Solution Type,选中Driven Modal,然后点击OK。
(3)设置模型长度:选择Modeler→Units选项设置为mm。
点击OK。
2.添加和定义设计变量在HFSS →Design Propertied 命令,打开设计属性对话框,然后单击对话框。
在Name文本框中输入第一个变量名称H,在value文本框中输入该变量的初始值为1.6mm。
使用相同的方法,分别定义变量L0,W0,L1,length,L2。
其初始值分别为28mm,37.26mm,7mm,30mm,10mm点击确定。
WORD版本. 双频微带天线设计毕业论文 目 录
第一章 绪论………………………………………………………………………………………1 第一节 课题分析………………………………………………………………………………1 一、课题来源及研究目的、意义……………………………………………………………1 二、国外研究现状及分析…………………………………………………………………1 第二节 天线概述………………………………………………………………………………2 一、引言………………………………………………………………………………………2 二、天线的分类………………………………………………………………………………3 三、天线辐射机理……………………………………………………………………………3 四、天线特性参数……………………………………………………………………………5 第二章 微带天线的基本原理……………………………………………………………………6 第一节 微带天线概述…………………………………………………………………………6 一、微带天线的发展…………………………………………………………………………6 二、微带天线的定义和结构…………………………………………………………………6 三、微带天线的优缺点………………………………………………………………………7 四、微带天线辐射机理………………………………………………………………………8 第二节 微带天线的馈电方法…………………………………………………………………10 一、微带线馈电………………………………………………………………………………10 二、同轴线馈电………………………………………………………………………………11 三、临近耦合馈电……………………………………………………………………………11 WORD版本.
四、口径耦合馈电……………………………………………………………………………12 五、共面波导馈电……………………………………………………………………………12 六、不同馈电方法的比较……………………………………………………………………12 第三节 微带天线的分析法……………………………………………………………………13 一、传输线模型法……………………………………………………………………………14 二、空腔模型理论……………………………………………………………………………17 第三章 多频微带天线及仿真工具………………………………………………………………21 第一节 多频微带贴片天线……………………………………………………………………21 一、多片法……………………………………………………………………………………21 二、单片多模法………………………………………………………………………………22 三、单片加载法………………………………………………………………………………22 第二节 Momentum介绍………………………………………………………………………23 一、ADS简介…………………………………………………………………………………23 二、Momentum概述…………………………………………………………………………23 三、Momentum运行过程……………………………………………………………………24 四、仿真实例…………………………………………………………………………………25 第四章 双频微带贴片天线的研究………………………………………………………………27 第一节 双频微带贴片天线的介绍……………………………………………………………27 第二节 双频微带贴片天线的结果分析………………………………………………………29 一、天线S11参数……………………………………………………………………………29 二、天线方向图………………………………………………………………………………29 三、频带扩展…………………………………………………………………………………30 WORD版本.
第三节 优化后的双频天线……………………………………………………………………31 一、改成矩形贴片天线………………………………………………………………………31 二、改变基板介质常数………………………………………………………………………33 三、优化馈线长度……………………………………………………………………………34 四、优化矩形天线上贴片长度………………………………………………………………35 五、优化矩形天线上下贴片长度……………………………………………………………36 六、小结………………………………………………………………………………………36 结 论……………………………………………………………………………………………37 致 谢……………………………………………………………………………………………38 参考文献……………………………………………………………………………………………39 附 录……………………………………………………………………………………………41 一、英文原文……………………………………………………………………………………41 二、英文翻译……………………………………………………………………………………50
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第一章 绪论 第一节 课题分析 一、课题来源及研究目的、意义
随着移动通信事业在全世界围的迅猛发展,移动越来越多地为人们的生活
和工作提供了方便和快捷。它的可移动性、随时随地可保持通信联系等优越性是固定所无可比拟的。近十年来移动系统正以惊人的速度向前发展并将继续快速发展。但是这样也使得移动用户的急剧增长,通信系统需要不断更新和扩容,为减小天线间的干扰并降低成本,要求天线能在宽频带围工作,同时满足多个系统的通信要求,实现多系统共用和收发共用,也要求天线能在不同频率下工作,这就需要同一副天线能实现双频或者多频工作。 为了满足移动通信的发展,既能适应通信系统的不断升级,又能有效解决多路径衰落问题,减少天线数量、降低天线成本,这就需要提出了双频基站天线。这种天线能提高了天线的性能,而且在很大程度上降低了基站天线的成本。
二、国外研究现状及分析 移动用户数量正快速增长,为满足用户的增长,在用户密度较高的市区通常选择小于1km的小蜂窝半径。在市区建筑上需要安装大量的基站天线,因此迫切需要能节约架设空间且具有重量轻和低风荷等优点的天线。为满足这些要求,近年来人们研制了多频、双波束和极化分集等高性能基站天线。 WORD版本.
近年来出现了许多实现了双频或多频基站天线单元的设计。对称振子作为基站天线的常用基本单元之一,有许多种结构形式,如平板对称振子、印刷对称振子。Y.Ebine[1]等人设计了用印刷偶极子加寄生振子实现双频工作(0.8/1.5GHz)的基站天线。F.S.Chang[2]等人设计了用探针共面馈电且只用一个平板的用于GSM/DCS/PCS的宽频带双频天线。Y.K.Kuo[3]等人设计了新的双频印刷倒F天线。
第二节 天线概述 一、引言 天线是无线电系统中不可缺少的组成部分。无线电系统(通讯、广播电视、雷达、导航等)与人类生活密切相关。无线电系统靠空间的电磁波来传播信息,而电磁波的产生和接受则必须由天线来完成。产生电磁波的天线称为发射天线,接收电磁波的天线称为接收天线。图1.1和图1.2指出了天线设备在两种典型的无线电系统中的地位,其中图1.1为无线电通信系统的基本方框图。由发射机产生的高频震荡能量,经过发射天线变为电磁波能量,并向预定方向辐射,通过媒质传播到达接收天线附近。接收天线将接收到的电磁波能量变为高频震荡能量送入接收机,完成无线电波传输的全过程。
图1.1 无线电通信系统的基本方框图 WORD版本.
图1.2 无线电定位系统的基本方框图 图1.2为无线电定位系统的基本方框图。发射天线和接收天线常合用一副天线。利用天线开关的转化作用,分别接入发射机和接收机。当天线与发射机接通时,此天线作为发射天线用;当天线与接收机接通时,此天线作接收天线用[4] [5]。
二、天线的分类 为了适应各种不同用途的需要,人们设计和研制出各种类型的天线。对于这些天线,可以从不同的角度分类:①按工作性质可分为发射天线和接收天线;②按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等;③按工作波长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等;④按结构型式和工作原理可分为线天线和面天线等。任何一种型式的天线并不专属于以上某一类,而是常常兼属几类。例如,半波振子天线和反射面天线既可用作发射天线,也可用作接收天线;既用于超短波波段,也可以用于微波波段;既可用于通信,也可用于雷达等。 WORD版本.
三、天线辐射机理 变速电荷或变化电流都产生辐射,因而都称为辐射源。因此,要使天线辐射电磁波,就必须在天线上激发变化电流。激发变化电流的方式一般有二:其一是将交变电压加到天线的输入端,在天线上产生交变的电流分布,例如振子天线和螺旋天线的情况;其二是将电磁波入射到天线结构,在天线上产生感应电流分布,例如反射面天线的情况。前者属于天线的强迫振荡问题,后者属于电磁波的散射、绕射问题。 辐射源的基本元素是交变的微分电流元(简称电流元)。无论线天线或面天线都可认为是由这些微分电流元所组成。微分电流元在天线各点的幅度、相位和方向都可能不相同,但在每一微分电流元之,这些量可以认为是相同的。空间某点的电磁场是天线上所有微分电流元在该点所产生的电磁场的矢量和积分。例如在球坐标中,位于原点的线电流元idz在其远区(距离远大于工作波长的区域)某点P(r,,)所产生的电磁场可以写为:
00[]sin4jkrjidzdEer
00[]sin4jkrjkidzdHer 0002k
00120dEdH
式中是自由空间的传播常数;、、0和0分别是波长、角频率、介电常数
和磁导率;r是场点P离开电流元的距离;dE和dH的方向如图1.3(a)。 称为自由空间的波阻抗。此外,还有面电流和体电流形式的辐射源。电流元(或