超宽带平面单极子天线的分析和设计概要

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 Monopole Antenna Sun Yongzhi 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 electromagnetic invisibility cloaking.has good scattering Characteristics for the electromagnetic wave.

Keywords: Planar monopole antennas; Transmission line theory;Ultra Wide Band

1 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。FCC(美国联邦通信委员会对UWB系统给出明确规范,规定3.1~10.6GHz为UWB系统占用频带,带内信号辐射功率密度低于-41.3dBm/MHz,并且要求带内反射系数S11小于-10dB[1]。

UWB系统不仅要求天线具有全向辐射特性,还要求天线在整个频带内有良好的阻抗匹配特性和较高的辐射效率,并且还要考虑移动通讯设备对天线尺寸的要求。平面单极子天线及其变形,由于结构简单、制造成本低和频带宽等特性,已经成为近来UWB天线设计的研究热点。

本文主要讨论以平面单极子天线为基础的UWB天线的分析与设计。定性分析了平面单极子天线的工作原理,讨论展宽天线阻抗带宽的措施。在此基础上,设计出了一种实用的平面单极子天线,测量的驻波比和方向图与仿真结果非常吻合。

2 平面单极子天线的基本原理

众所周知,直立细线单极子天线的阻抗带宽很窄。

现在有很多文献都在探索和研究展宽天线阻抗带宽的方法和技术,如在矩形平面单极子上添加切角和短路支节等[2],如图1所示。定性分析与展宽天线阻抗带宽有关的参数及其作用,平面单极子天线的电流主要集中在天线的底部和左右边缘两侧,并且水平方向上的电流密度远大于垂直方向上的电流密度[3]。因此,我们不妨切除天线上几乎没有电流分布的区域,用U形或半圆形等来等效整个平面单极子。

基金项目:国家高技术研究发展计划(2007AA7;

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图1 带切角和短路支节平面单极子天线的结构

从传输线理论讲,切角可以等效为多段水平传输线,它们的特性阻抗随离开馈电的距离增加而增大。此时,天线就可看成是不同特性阻抗传输线的级联,根据传输线的宽带匹配思想,经过适当设计切角可以展宽平面单极天线的阻抗频带。

在单极子的一侧(如右侧添加短路支节,此时对应等效电路模型,该侧的负载阻抗为近似为0。因此,短路支节构成另一谐振回路,如果设计合理,即可产生新的谐振频点,从而展宽天线带宽。

3 UWB 平面单极子天线的仿真和测试结果及其分析

依据等效电路原理的设计思路,考虑到制作的可实现性,经过多次分析和仿真发现只添加切角不可能达到设计要求,最后,增加电路枝节后,我们得到满足设计要求的模型天线尺寸如下:

地板尺寸为92mm×76mm ,平面单极子高度h =38mm ,宽度w =54mm ,馈电间隙h gap =1mm ,馈电平面宽度w gap =3mm ,短路枝节宽度w s =1mm ,切角角度α=90。计算和测量电压驻波如图2所示。

4

5

6

7

8

9

10 1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

Simulated Measured

V S W R

Frequency, GHz

图2 电压驻波比测量与仿真结果比较

由图2可知在3.1-10.6GHz 频带内,UWB 天线满足VSWR<1.925即是满足S 11<-10dB 。

平面单极天线结构对称,H 平面辐射方向图是全向的。方向图在UWB3.1-

10.6GHz 带宽范围内H 平面是全向性的。E 面方向图随着频率的升高,发生了畸变,这是由于测量仪器动态范围不够以及随着频率升高连接被测天线、参考天线与收发机的电缆衰减大大增加的缘故。仿真与测量方向图如图3所示。

E 面3.5GHz E 面4.5GH

E 面5.5GHz E 面6.5GHz

H 面3.5GHz H 面4.5GHz

H 面5.5GHz H 面6.5GHz

图3 E 面和H 面方向图的仿真与测量结果比较

4 结论

平面单极子天线是UWB天线的研究热点之一。本文研究了一种变形的矩形平面单极子天线,通过添加切角和短路枝节可以大大展宽其阻抗带宽,能够满足UWB 天线的要求。根据传输线等效电路模型,可以定性解释为增加切角和短路枝节展宽这种单极子天线的带宽。设计的UWB平面单极子天线满足UWB天线的设计指标,仿真和实际测试的驻波比与辐射方向图结果吻合良好。

参考文献

[1] 林立峰. 超宽带无线通信技术. 中国数据通信,2005。

[2] 邹卫霞,周正等. 超宽带无线通信技. 电子质量,2004。

[3] 郭安波,陈惠民. 平面单极天线的设计. 无线电工程,2005。

[4] Daniel Valderas, Jon Legarda, and I?igo Gutiérrez et, Design of UWB Folded-Plate Monopole Antennas Based on TLM, IEEE

Transactions on Antennas and Propagation, 2006.

作者简介:

孙永志,男,博士,主要研究领域为微波毫米波技术研究、天线设计、异向介质研究等。

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双圆极化微带天线的设计

薛欣张福顺冯昕罡程喆宁舒曼

(西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室,陕西西安710071

摘要:本文研究了小型化双圆极化微带天线的设计方法。本文重点讨论了实现双圆极化、宽波束宽度微带叠层天线小型化的实现方法,并利用Ansoft HFSS 软件

进行仿真分析,在此基础上研制了样件,并对其电性能进行了测量,测量结果表明,此微带天线具有圆极化、宽波束宽度和小型化的特点。

关键词:圆极化,宽波束宽度,小型化,微带天线

Design of Dual-Circularly-Polarized microstrip Antenna Xue Xin Zhang Fushun Feng Xingang Chen Zhe Ning Shuman (National Laboratory of Antenna and Microwave Te chnol ogy, Xidian University, Xi’an Shanxi, 710071,China

Abstract: In this paper, a compact dual circular polarization microstrip patch antenna is studied, The method to achieve stacked microstrip patch antenna with wide beamwidth, dual circular polarization and compact size has been discussed, it is simulated and optimized by the Ansoft HFSS software, and a prototype has been fabricated and tested. The measured results shows that the microstrip antenna proposed in this paper has the characteristic of wide beameidth, circular polarization, and compact size.

Keywords: small size; circular polarzation; wide beamwidth; microstrip patch antenna

1 引言

微带天线的优点是体积小、重量轻、低剖面,其主要缺点是带宽很窄。一般工程中要使微带圆极化天线兼顾双圆极化、宽波束宽度和小型化的特点具有一定难度,本文在此工程背景上进行研究,思路是使天线能同时工作在两个离散的频率点,产生不同旋向的圆极化特性[1]。一般由于圆极化天线带宽很窄,加工时,尺寸稍有误差,便使得圆极化特性变差。本文采用双馈点馈电,增加天线的对称结构,改善了圆极化特性,最终利用经验公式和仿真软件,设计了工作在两个不同频率点,不同旋向的圆极化

天线,并采用高介电常数的介质板来减小天线尺寸,和展宽波束宽度[2,3]。2 微带天线的设计

天线的设计要求为天线要求安装在边长为48mm,四周倒圆角的方形底座上,分别工作在L波段和S波段,其电压驻波比VSWR≤2,轴比Axial Ratio≤2dB。工作频率L波段时产生左旋圆极化波,工作频率S波段时产生右旋圆极化波。

本文的采用多层重叠的微带天线来实现双频双圆极化特性,这样的优点是便于工程实现和加工。为了减小天线的尺寸和展宽辐射波束宽度,采用介电常数为9.8的陶瓷介质,厚度为2mm,工作频率在S波段的在上层,工作频率在L波段的在下层。这样高频天线工作的时候下层的天线充当了地板;当低频天线工作时,高频天线因为尺寸小,也减小了对低频天线的影响。同时改变天线的形状,以改善波束宽度范围内的圆极化特性。

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如图1所示。圆极化方式采用双馈电点,两个馈电端口所辐射的01TM 和10TM 模,在贴片辐射方向形成两个正交分量,相差π/2,选择适当的激励频率,可以使两个模式同时被激励,从而得到一个圆极化辐射场,选择适当的相差,使得上层辐射右旋圆极化场,下层辐射左旋圆极化场。

(a 俯视图

(b 侧视图

图1 天线结构

2.1 贴片的设计

设计贴片时,先根据正方形贴片天线的经典公式设计天线单元其初边长L 。

0.52g L L λ=-? (1

2g r r

c f λε=

(2

根据式(1式(2计算出天线的初始尺寸,采用高介电常数介质,以减小天线尺寸和展宽波束宽度,增加天线的对称结构,以改善圆极化特性,

再利用仿真软件,优化天线的尺寸[4,

5]。

2.2 馈电网络的设计

馈电网络采用双馈点馈电,如图2所示,高频功分器和低频功分器分开工作,其功分器部分采用Wilkinson 功分器,移相器采用普通微带传输线。利用微带传输线移相的特性,使功分器终端得到两个等幅,相位相差π/2的电场。

图2 功分器结构

3 仿真及实验结果

3.1 仿真分析

对图1所示天线结构和图2所示功分器,利用Ansoft HFSS 软件进行仿真优化设计,具体尺寸如下:

(1天线大小 Ls1= 26.8mm ,Ls2=18mm ; (2介质板介电常数ε=9.8; (3介质板尺寸Lm=48mm ,厚度H 2=H 1=2mm 。利用以上尺寸,建立模型仿真结果如图3-图4所示,图3为天线的电压驻波比系数(VSWR ,图4为天线辐射方向图,其中0度方向为天线辐射面法线方向。

(a f 0

=1.616GHz

(bf 0=2.491GHz

图3 天线电压驻波比系数

·6·

(af0

=1.616GHz

(bf0=2.491GHz

图4 天线仿真方向图

由图3、图4可以看出天线的两个工作频率VSWR≤2、最大辐射方向轴比Axial Ratio≤2dB, 0

f=1.616GHz时3dB波瓣宽度为115?, 0

f=2.491GHz时3dB波瓣宽度为120?。

3.2 实验结果

本文根据天线的设计和仿真尺寸,加工出小型化微带天线的实物样件,样件尺寸为48mm×48mm,并对样件进行了电测量,图5为双频双圆极化微带天线的实物样件和使用HP8753D矢量网络分析仪测量天线的电压驻波系数(VSWR的测试结果。

(a 天线样件

(b f0

=1.616GHz

(c f0=2.491GHz

图5 实测天线电压驻波比系数

由图5可以看出天线在工作频率1.616GHz时,其电压驻波比为1.3。工作频率为2.491GHz时,其电压驻波比为1.7,满足了设计要求在微波暗室,远区条件下,采用自制的天线远场自动测量系统在f0=1.616GHz和f0=2.491GHz时,对该天线的辐射方向图进行了实测,测试结果如图6和表1所示,其中0度方向为天线辐射面法线方向[6]。

(a f0

=1.616GHz

(b f0=2.491GHz

图6 天线实测方向图

表1 天线3dB轴比波束宽度数据表

天线工作频率 1.616GHz 2.491GHz 仿真HPBW(AR≤3dB140?150?

实测HPBW(AR≤3dB124?145?

图6的电测试结果和表1表明,天线在两个工作频率点,在很宽的波束宽度范围内有很好的圆极化特性。

4 结论

本本文研究了小型化双频双圆极化微带天线的设计方法,首先通过采用叠层天线的设计思路使天线工作在两个离散的频率点产生不同极化的圆极化波,并通过使用高介电常数减少天线尺寸和展宽波束宽度,增加天线对称结构改善圆极化特性,然后根据Ansoft HFSS软件仿真优化出的结构尺寸,加工了天线样件,样件尺寸为

48mm×48mm,其电测的结果也满足了设计指标的要求,该天线已经用于工程实际,由很高的实用推广价值。

参考文献

[1] 丁克乾. 双频圆极化微带天线. 遥测遥控, 2004.9

[2] 刘玉杰. 小型圆极化收发天线设计. 遥测遥控,2004.9

[3] GPS antenna design with slotted ground plane, microwave and optical technology letters, 2008

[4] 钟顺时. 微带天线理论与应用. 西安电子科技大学出版社, 1991

[5] [美]David M.Pozar. 微波工程. 电子工业出版社, 2007.

[6] 张福顺, 张进民. 天线测量[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,1995.

作者简介:

薛欣,男,硕士,主要研究领域腔体滤波器、超宽带微带天线等;

张福顺,男,教授、博士生导师,主要研究天线理论工程与工程及测量,发表学术论文50余篇,其中30余篇被EI检索。

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C波段宽带高增益微带天线的研究

刘剑1 于映2

(南京邮电大学通信工程与信息学院,江苏南京2100031;

(南京邮电大学通信工程与信息学院,江苏南京2100032

摘要:介绍了一种C波段的新型宽带高增益微带天线设计,为了实现宽带高增益,采用了一种微带贴片中心短路以及共面波导馈电的长方形环天线。用HFSS软件仿真计算,结果表明,该天线结构具有良好的反射损耗和宽带高增益特性。

关键字:高增益天线;宽带天线;微带天线;短路长方形环贴片;仿真

Study on a C band wideband high-gain microstrip antenna

(College of Telecommunications and Information Engineering, Nanjing University of Posts & Telecommunications, Nanjing 210003 1;(College of Telecommunications and Information Engineering, Nanjing University of Posts &

Telecommunications, Nanjing 210003 2

Abstract: In this paper, a design method of a novel C band wideband high-gain microstrip antenna was presented. To achieve a wideband and high-gain, the shorted rectangle patch and a CPW-Fed technique were used. The performance of the antenna

was calculated by using the simulation software of HFSS. The results show this kind of antenna has excellent characteristics of the return loss, wideband and high-gain.

Key words: high-gain antenna; wideband antenna; microstrip antenna; shorted rectangle patch; simulation

1 引言

近年来,微带天线以其低姿态,低成本等优点在民用和军事领域得到广泛应用,然而传统的微带天线也具有一些不可忽视的缺点,如带宽窄,增益比较低[1]。文献[2,3,4]提出了解决微带天线带宽窄的一些方法,例如通过使用寄生单元贴片,使天线带宽打到25%;采用L探针馈电方式,但结构不牢固。而且增益都没有很大改善。文献[5,6]提出了一些解决天线增益低的一些方法,但是天线带宽却非常窄。目前对于单层介质板的微带天线,能同时提高微带天线带宽和增益的方法却不多见。

为了提高天线增益,文献[7]在圆形环天线的中心环处通过一个环形金属薄壁短接到接地板,在工作频率天线增益达到了10.67dBi,文献[8]通过在共面波导中心导体加一个金属柱与贴片相连的结构,提高了天线的带宽和增益。文献[9]提出了一种并联馈电的方法以提高天线增益。本文在文献[7,8,9]的基础提出了一种宽带高增益的矩形短路环天线。

2 天线结构

本文涉及的天线结构如图1所示:天线介质板用相对介电常数2.65的介质材料,高1.5mm,辐射贴片为长方形,中间通过一个正方形环形金属薄壁与接地板短路。馈线为共面波导,馈线1为50欧姆,馈线2为100欧姆,在馈线2末端,有金属柱连接共面波导中间导体与贴片相连接。通过调节金属柱与贴片的相对位置,以及馈线SW

和SL的尺寸,实线天线输入端口的阻抗匹配特性。

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超宽带天线设计与研究详解

超宽带天线的研究与设计 中文摘要 近几年来，超宽带天线的研究已经成为热潮。本文的思想也是研究小型化超宽带平板天线，让其在生活中的硬件设计产品中满足超宽带天线的技术需要。因为超宽带天线在WiMAX和WLAN的窄带系统和装载切口天线设计结构上产生的影响。实现WiMAX和WLAN频带的双凹槽在超宽带天线结构设计。在设计过程中主要是使用HFSS软件进行天线结构的仿真优化。主要利用了HFSS软件仿真和天线结构的优化设计过程。我们针对其超宽带天线的性能参数，相应的提升平面单极子天线的基础研究。传统平面单极子天线与狭槽，狭槽装载方法的横截面，提出了几种平面单极子天线从频域和时域研究，从而从单极子天线的相关性能参数出发，研究平面单极子天线在频率范围为3.1GHZ-11GHZ，使超宽带天线能够达到市场对硬件方面的应用需求。 关键词：平面单极子天线；超宽带；HFSS仿真 I

Research and design of ultra-wideband antenna Abstract In recent years, the research of ultra-wideband antenna has become a boom. Thought of this paper is to study ultra-wideband planar antenna miniaturization, let the life in the hardware design of the product satisfy the need of ultra-wideband antenna. Because of ultra-wideband antenna in WLAN and WiMAX narrowband systems and the impact loading of incision on the antenna design. Both WiMAX and WLAN band grooves in the ultra-wideband antenna structure design. In the design process is mainly using HFSS software for simulation of antenna structure optimization. Mainly using HFSS software simulation and optimization of the antenna structure design process. We according to the performance of ultra-wideband antenna parameters, the corresponding increase of planar monopole antenna of basic research. Traditional planar monopole antenna and the slot, slot loading method of cross section, and puts forward several planar monopole antenna from frequency domain and time domain research, thus starting from the related performance parameters of monopole antenna, the planar monopole antenna in the frequency range of 3.1 GHZ - 11 GHZ, the ultra-wideband antenna can meet the market demand for hardware applications. Key words: Planar monopole antenna; Ultra-Wideband; HFSS simulation 目录 I

P波段小型化锯齿缝隙超宽带天线设计-易迪拓培训

第15卷第3期 空 军 工 程 大 学 学 报(自然科学版)Vol.15No.3 2014年6月 JOURNAL OF AIR FORCE ENGINEERING UNIVERSITY (NATURAL SCIENCE EDITION ) Jun.2014 收稿日期:2013-11-22 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61271100);陕西省自然科学基金资助项目(2010JZ010;2012JM8003) ;国家重点实验室基金资助项目(20131007) 作者简介:郭 蓉(1990-),女,陕西咸阳人,硕士生,主要从事微带天线研究.E -mail :ber y fl y in g @https://www.wendangku.net/doc/7011546471.html, *通信作者:曹祥玉(1964-),女,教授,博士生导师,主要从事天线与电磁兼容二电磁超材料等研究.E -mail :gjgj 9694@163. com 引用格式:郭蓉,曹祥玉,李思佳,等.P 波段小型化锯齿缝隙超宽带天线设计[J ].空军工程大学学报:自然科学版,2014,15(3):66-70.GUO Ron g ,CAO Xian gy u ,LI Si j ia ,et al.A desi g n of P -band miniaturized saw -tooth -ed g ed ultra -wideband antenna [J ].Journal of air force en g ineerin g universit y :natural science edition ,2014,15(3):66-70. P 波段小型化锯齿缝隙超宽带天线设计 郭 蓉, 曹祥玉, 李思佳, 张 昭, 徐雪飞 (空军工程大学信息与导航学院,陕西西安,710077) 摘要 设计了一种P 波段小型化超宽带天线三该天线采用微带线对五边形辐射单元进行馈电, 接地板上蚀刻了锯齿形边沿的矩形宽缝三通过天线参数的仿真优化,最终实现了相对带宽约95%二尺寸为0.27λ?0.17λ(λ为低频点的自由空间波长)的超宽带P 波段小型化印刷天线三仿真结果表明:天线的工作频带为300.5~848.8MHz ,带内回波损耗均在-10dB 以下,整个频段内天线的增益均在3dBi 以上,天线为全向辐射三该天线具有平面结构,形状简单,易于共形的特征三最后制作了天线样件并进行了测试,测量结果与仿真结果吻合较好三关键词 印刷宽缝天线;小型化;P 波段; 超宽带DOI 10.3969/j .issn .1009-3516.2014.03.016中图分类号 TN82 文献标志码 A 文章编号 1009-3516(2014)03-0066-05 A Desi g n of P -band Miniaturized Saw -tooth -ed g ed Ultra -wideband Antenna GUO Ron g ,CAO Xian g -y u ,LI Si -j ia ,ZHANG Zhao ,XU Xue -fei (Information and Navi g ation Colle g e ,Air Force En g ineerin g Universit y ,Xi ?an 710077,China )Abstract :A miniaturized ultra -wideband antenna is desi g ned in P band.The antenna is fed b y a p enta g on cou p led feedin g structure.An im p roved rectan g ular slot with saw -tooth ed g e is etched on the g round.The results of p arameters show that the bandwidth of the desi g ned antenna is 293.4~830.3MHz with relative bandwidth 95%and the return loss is less than -10dB.The size of the antenna is (is the wavelen g th of the lowest fre q uenc y ).The avera g e g ain is over 3dBi in the o p eratin g ran g e and the antenna is a kind of omni antenna.The antenna is a p lanar construction and is sim p le in sha p e and eas y in conformation.A sam p le antenna is fabricated and tested.The ex p erimental results are in g ood a g reement with the simula -tion results.Ke y words :p rinted wide -slot antenna ;miniaturization ;P band ;ultra -wideband 工作于P 波段的超宽带雷达(UWB SAR )具有很强的叶簇穿透能力,并能够探测地表下的隐蔽物三国际上至今已有多个P 波段的机载SAR 系统,如 FOA 的CARABAS [1],SRI 的FOLPEN [2] 系列等三 国内也进行了P 波段轨道超宽带SAR 和机载超宽 带SAR 的研究和实验[ 3-4] 三目前,工作在P 波段(230~1000MHz ) 的天线主要形式有蝶形天线二印刷偶极子天线二印刷单极子

单极子天线的设计

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 -

超宽带天线的研究与设计

超宽带天线的研究与设计 李庆娅李晰唐鸿燊 摘要：本文设计了一款差分微带超宽带天线，通过改变馈线和尺寸和接地板上缝隙的半径,优化了天线的性能，所实现的天线带宽为11.5 GHz，且有较好的辐射特性。在此基础上，通过在两贴片上对称地开槽，得到了在5 GHz处有陷波特性的超宽带天线。 关键词：超宽带天线；差分天线；带阻特性 Research and Design of Ultra-wideband Microstrip Antenna Li Qing-Ya, Li Xi, Tang Hong-Shen Abstract: In this paper, a differential microstrip ultra-wideband antenna is designed. It is optimized by changing dimensions of feeding line and radius of slot in the ground. The simulated and measured results show that the frequency bands of antenna is 11.5 GHz. Also, it has good radiation characteristics. Based on this, by etching the slot in the patch symmetrically, the ultra-wideband antenna with band-notch characteristics at 5 GHz is achieved. Key word s: Ultra-wideband antenna; differential antenna; band-notch characteristics 1 引言 近几年,随着超宽带(UWB)通信技术的快速发展，对应用于短距离无线通信系统中的天线提出了更高的要求，不仅要求天线尺寸小、剖面低、价格便宜，易于加工并可集成到无线电设备内部，同时，还要求天线阻抗带宽足够宽，以便覆盖整个UWB频段。美国联邦通信委员会(FCC)规定UWB信号的频段为3.1 GHz-10.6 GHz。这个通信频段中还存在划分给其他通信系统的频段，如5.15 GHz到5.35 GHz的IEEE802.11a 和5.75 GHz到5.85 GHz的Hiper-LAN/2。 在接地板上开缝是实现超宽带天线的方法之一，常见的缝隙形状如倒锥形[1]、矩形、半圆形、梯形[2]等。文献[2]中仿真优化并制作了一个小型化超宽带微带天线，在整个工作频段2.15-13.47 GHz内，该天线的回波损耗均在-10 dB以下，增益基本稳定在3~6 dB之间，并具有比较稳定的辐射特性。在超宽带天线的基础上通过在辐射贴片上开槽实现带阻特性，槽的形状有L形[3]、矩形[4]、E形[5]等，文献[5]提出了一种新型的具有双阻带特性的超宽带天线，制作出实物并验证了天线的超宽带和陷波特性，即在中心频率3.75 GHz和5.5 GHz附近的频带范围内具有良好的陷波特性。 本文首先设计了超宽带天线，研究了天线的回波损耗S11和辐射特性与天线环形接地板尺寸的关系，改善了天线的带宽。在此基础上，通过改变贴片和微带线的尺寸。并利用折合形开槽技术在贴片上开槽，有效实现阻带。 2 天线设计 本文设计天线结构如图1所示。图1(a)中天线的辐射贴片，位于介质基板的上表面，图1(b)是刻蚀了圆形缝隙的地，位于介质基板的下表面；天线采用介质为RogerS RT/duroid 6006，相对介电常数为6.15，厚为0.5mm的介质基板，尺寸为29.6 mm×33.6 mm；馈电部分为50欧的微带线。

移动通信_期末作业_超宽带微带单极子天线设计_20111910119

超宽带微带单极子天线 —基于HFSS天线设计 学院：信息学院 专业：通信工程 姓名：马正智（59） 学号： 20111910119 2014-07-08

更改详情 1、更改两块参考地GND1和GND2与微带线的距离，使其间距小于1mm； 2、更改激励端口的长宽，使其长度为微带线宽度的5倍左右，高为介质板高度 的6倍左； 3、更改陷波开缝方式，得到理想陷波频段。

摘要 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。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。 超宽带天线顾名思义就是带宽非常宽的天线，这种说法其实是在频域的对天线带宽的定义是就某个参数而言，天线的性能符合规定标准的频率范围。在此范围内天线的特性如输入阻抗、效率、波瓣指向、波瓣宽度、副瓣电平、方向系数、增益、极化等在允许的范围内。也就是，某项给定的技术指标不超出给定的范围所对应的频率范围。其实这正是传统的窄带天线性能分析方法。因为以前窄带天线要发送的信号基本都是己经调制过的正弦波信号，所以在设计天线时对带宽并没有要求非常苛刻(极宽的带宽)。只要针对某个载波频率设计就可以了，在这个载波频率附近天线的性能满足要求，变化不大。但是，当要发送的信号不是正弦波调制信号天线就不能满足要求了，而是儿百皮秒或者纳秒级的窄脉冲信号时，一般的窄带那么传统的宽带天线能否满足要求呢？UWB天线与常规意义上的宽带大线还是有着显著区别的。常规的宽带天线大都是非频变天线，是指天线可以根据无线系统需要工作在不同频段，而并不是指天线地各个部分同时在整个宽频段内工作。 微带天线由参考地面、介质层面、微带贴片、激励端口、辐射边界组成，具有重量轻、质量小、剖面薄、质量成本低、易于实现频变工作。 关键字：天线超宽带超宽带天线微带单极子天线

小型化超宽带天线地模型仿真毕业(设计)论文设计

本科毕业设计（论文）题目：小型化超宽带天线的模型仿真

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

(完整版)双频单极子天线毕业设计

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； HFSS Design of Radio-Frequency Monopole Antenna ABSTRACT This 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

一种超宽带天线的设计与研究毕业设计论文

摘要 超宽带天线广泛应用于如电视、调频广播、遥测技术、宇航和卫星通信等领域中。尤其是近年来兴起的超宽带无线通信技术，使此类天线成为当今通信领域的研究焦点。 本文设计并研究了两种类型的超宽带天线，一种是带两个对称臂的矩形平面单极子天线，另一种是弯折结构的平面单极子天线。 所研究的第一种天线实现了在工作频率范围内回波损耗都在-10dB以下，基本满足了超宽带通信的要求，天线的工作频带是 2.7-9GHz。回波损耗与频率的关系曲线产生两个低峰值，特别适合于双频带通信使用。文中研究了通过改变切口尺寸、介质损耗对低峰值频率位置的影响关系，还讨论了端口大小对仿真准确度的影响，得到系列结论。 所研究的第二种天线实现了真正意义上超宽带天线，天线结构简单，易于构建，小尺寸、低剖面，能够在回波损耗小于-10dB条件下有效地工作在2.8~9.5GHz的频率范围。 天线采用热转印法自制了实验模型，并通过矢量网络分析仪测量了回波损耗与频率的关系曲线，测量结果与仿真结构基本吻合。 两种天线的研究还包含了增益和方向图等，从而对天线性能进行了全面分析。 关键词: 超宽带天线；单极子天线；有限元法；电磁仿真；热转印法

Abstract UWB antenna is widely used in television, FM radio, telemetry, aerospace and satellite communications fields. In particular, with the rise of ultra-wideband wireless communications technology in recent years, making such antennas become the focus of communication research field. This paper studies two types of ultra-wideband antenna, one is a symmetric planar monopole antenna with two symmetrical rectangular incision, the other is bent planar monopole antenna structure. The first designed antenna can satisfy the demand of UWB communication that the Return Loss of the antenna in the scope of working frequency, which is between 2.7-9GHz, is below -10dB. Return loss vs. frequency curves generated two low peaks, which is particularly suitable for dual-band communications. A study of the incision by changing the size of the low dielectric loss peak frequency position of the relationship between port size also discussed the impact on simulation accuracy, get series conclusion. The study of the second antenna to achieve a truly ultra-wideband antenna, the antenna structure is simple, easy to build, small size, low profile, can be less than-10dB return loss under the conditions of effective work in the 2.8 ~ 9.5GHz frequency range. Antenna made by heat transfer method of the experimental model, and vector network analyzer by measuring the return loss versus frequency curve, the measurement results and simulation of structure of the basic agreement. thermal transfer printing technology The study also includes two antenna gain and pattern, etc., and thus a comprehensive analysis of antenna performance. Key words: UWB antenna; monopole antenna; finite element method; electromagnetic simulation

小型化超宽带对周天线

小型化宽频带对周天线 周江昇1，周涛2 （1江南电子通信研究所，浙江嘉兴 314033） （2中科院上海微系统所，上海 200050） 摘要：本文设计了一种小型化宽频带的对周天线。采用对数周期天线设计的基本原理和电磁计算方法，结合末端振子加载的方式，达到缩减尺寸的目的。设计工作频段在200MHz～3000MHz的宽带对周天线，并利用Ansys 公司的HFSS电磁仿真软件进行建模、仿真、分析和优化。仿真结果显示，设计的对数周期天线在工作带宽内具有理想的增益和驻波比。 关键词：对数周期天线；小型化；宽频带； A Miniaturization Broadband Log-Periodic Dipole Antenna ZHOU Jiang-sheng1,ZHOU Tao2 （1Jiangnan electronic and communications research institute, Jiaxing Zhejiang, 314033） （2Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Shanghai, 200050） Abstract: A miniaturization broadband log-periodic dipole antenna is presented in this paper. The basic principle and electromagnetic calculation method and the terminal loaded dipole method are used to minimize the dimension of antenna. The operation frequency of the proposed antenna varies from 200MHz to 3000MHz, the full-wave electromagnetic simulation software Ansys HFSS is used to model, simulate, analysis and optimize the antenna. The simulation results show that the proposed antenna presents good characteristics as gain and VSWR. Key words: log-periodic dipole antenna;broadband;miniaturization; 1引言 现代通信系统中跳频、扩频技术的广泛应用，使得通信前端设备—天线，沿着宽带化、共用化的方向发展。同时，通信系统所追求的方便灵活性使得对天线小型化的要求也日益明显。而天线的性能很大程度上取决于天线的结构尺寸与波长的比值。也就是说，天线的尺寸相对于波长保持电小尺寸，才能得到较好的性能指标，一般为波长的四分之一左右，在应用上受到限制[1-2]。本文设计的末端加载对数周期天线要求工作频段在200MHz-3000MHz范围内，驻波比小于2.5，增益大于6dBi，纵向尺寸小于1.2m。 2 基本原理 对数周期偶极子天线和偶极子天线的基本参数及工作原理是相同的。对数周期天线(Log-Periodic dipole antenna，LP-DA)是基于缩比原理设计的天线，其特性是随频率的对数做周期性变化。所有振子尺寸以及振子之间的距离都有确定的比例关系，r为比例因子，表示各振子之间的比例关系；σ为间隔因子，表示相邻振子间的距离；另外天线的顶角为2α。3个参数是相互独立的，任意2参数即可决定天线的结构[3-4]，如图1所示。

超宽带平面单极子天线的分析和设计概要

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 Monopole Antenna Sun Yongzhi 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 electromagnetic invisibility cloaking.has good scattering Characteristics for the electromagnetic wave. Keywords: Planar monopole antennas; Transmission line theory;Ultra Wide Band 1 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。FCC(美国联邦通信委员会对UWB系统给出明确规范,规定3.1~10.6GHz为UWB系统占用频带,带内信号辐射功率密度低于-41.3dBm/MHz,并且要求带内反射系数S11小于-10dB[1]。

新型超宽带单极子天线的设计概要

文章编号:1001-893X(201108-0121-04 新型超宽带单极子天线的设计 徐海洋,张厚,梁建刚,王洪光 (空军工程大学导弹学院,陕西三原713800 摘要:研制了一款超宽带印刷单极子天线,通过在接地板上开方形槽,展宽带宽的同时也改善了带内特性。再在金属贴片顶部开扇形槽,进一步在高频段展宽了频带。实测结果显示,改进后的天线-10dB阻抗带宽为2.1~25.5GHz,而原不加槽天线的仿真带宽为2~11.4GHz,带宽展宽了14GHz。仿真和实测结果显示,天线在2.5GHz、8GHz、25GHz的方向图对称性良好。 关键词:超宽带;单极子天线;开槽 中图分类号:TN821 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1001-893x.2011.08.025 Design of a Novel Ultra wideband Monopole Antenna XU Hai yang,Z HANG Hou,LIANG Jian gang,W ANG Hong guang (Missile Institute,Air Force Engineering University,Sanyuan713800,China Abstract:The UWB(Ultra widebandprinted planar antenna in this paper is notched in the ground plane,so that the bandwidth is expanded,and the inner band performance is improved,too.Then through notching in the top of the patch,the bandwidth is further e xpanded at the high frequency section.The measured result shows that the-10dB impedance bandwidth of the improved antenna is2.1~25.5GHz in contrast to2~11.4GHz of the simulated bandwidth of the initial antenna,as a result,the bandwidth enhances14GHz.The simulated and measured results sho w that the radiation patterns are very symmetrical at2.5GHz,8G Hz and25GHz.

半波偶极子天线的HFSS仿真设计

天线原理与设计华中科技大学 半波偶极子天线的HFSS仿真设计 一、实验目的 1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉HFSS软件的使用方法； 2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法； 3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图 特性等； 4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法； 二、实验仪器 1、装有windows系统的PC一台 2、HFSS13.0软件 3、截图软件 三、实验原理 1、首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。 图1 对称振子对称结构及坐标 2、对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为a，长度为l。两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=2l。对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。 3、在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为： 式中，Im为天线上波腹点的电流；k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心点对称；超过半波长就会出现反相电流。 4、在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。

图2 对称振子辐射场的计算 如图2 所示，电流元I(z)所产生的辐射场为 其中 5、方向函数 四、实验步骤 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。 提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化 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。 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。

超宽带平面单极子天线的分析和设计说明

超宽带平面单极子天线的分析和设计 永志庭王伟光秋林王一笑旭 （中国航天科工集团8511研究所， 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 Monopole Antenna Sun Yongzhi 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 electromagnetic invisibility cloaking.has good scattering Characteristics for the electromagnetic wave. Keywords: Planar monopole antennas; Transmission line theory;Ultra Wide Band 1 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。FCC（美国联邦通信委员会）对UWB系统给出明确规，规定3.1～10.6GHz为UWB系统占用频带，带信号辐射功率密度低于-41.3dBm/MHz，并且要求带反射系数S11小于-10dB[1]。 UWB系统不仅要求天线具有全向辐射特性，还要求天线在整个频带有良好的阻抗匹配特性和较高的辐射效率，并且还要考虑移动通讯设备对天线尺寸的要求。平面单极子天线及其变形，由于结构简单、制造成本低和频带宽等特性，已经成为近来UWB天线设计的研究热点。 本文主要讨论以平面单极子天线为基础的UWB 天线的分析与设计。定性分析了平面单极子天线的工作原理，讨论展宽天线阻抗带宽的措施。在此基础上，设计出了一种实用的平面单极子天线，测量的驻波比和方向图与仿真结果非常吻合。 2 平面单极子天线的基本原理 众所周知，直立细线单极子天线的阻抗带宽很窄。 现在有很多文献都在探索和研究展宽天线阻抗带宽的方法和技术，如在矩形平面单极子上添加切角和短路支节等[2]，如图1所示。定性分析与展宽天线阻抗带宽有关的参数及其作用，平面单极子天线的电流主要集中在天线的底部和左右边缘两侧，并且水平方向上的电流密度远大于垂直方向上的电流密度[3]。因此，我们不妨切除天线上几乎没有电流分布的区域，用U形或半圆形等来等效整个平面单极

一种单极鞭状天线分析与设计概要

一种单极鞭状天线分析与设计 【摘要】文章分析了一种单极鞭状天线的工作原理、设计方法，并给出了模型天线。针对实测结果对天线结构进行改进，结果显示天线工作频率在334～346MHz，中心频率为340MHz，在整个频带内驻波系数小于2，增益较为稳定，均值达到2.2dBi。这种天线体积小，重量轻，方便携带，重复性和一致性较好。 【关键词】单极鞭状天线电性能驻波系数方向图 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[1]。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[2]。 2.1 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[3]： · (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：