微带单极子

移动通信期末论文题目基于HFSS的微带单极子“美化”天线姓名:欧阳倩学号:20131060189序号:33号专业：通信工程指导老师:申东娅2016年6月30日基于HFSS的微带单极子“美化”天线摘要单极子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。半波偶极子天线和单极子天线是迄今为止应用较广 泛的天线。这类天线所需成本极低，而且结构和加工都很简易，是目前为止众多学 者的研究方向。本文首先介绍了微带单极子天线的基本原理及其结构，然后利用 HFSS12.0仿真软件以矩形为基本图形对微带单极子天线进行了仿真与美化。通过观 察S参数图，确定了天线大致的谐振点和带宽，研究天线的性能与激励端口尺寸之 间的关系，还研究了天线接地面面积与天线性能之间的关系，并找出最佳参数，设 计出符合要求，性能完好的超宽带“美化”天线。关键词：天线 微带单极子天线HFSS美化天线第一章引言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 中应用越来越广。目前，为了满足现在通讯设备，科研和天线的朝向几个方面发展，即，体积小， 宽带和多波段操作，只能控制模式的需求。单极子天线因其辐射能力强、波长短、 高度低、结构简单、易于使用、携带方便、牢固可靠，常被用于制作无线局域网的 天线系统。单极子天线不算天线家族的鼻祖，事实上，它产生于水平天线之后。由 于水平天线的长波和中波波段，波长较长，天线的架设高度受到限制，受地面的影 响，天线的辐射能力弱，而且在此波段主要采取地面传播，造成水平极化波的衰减 远大于垂直极化波。为了解决上面的问题人们在长波与中波波段主要适用垂直地面 的直立天线，即单极子天线。所谓“美化天线”，也可称为“伪装天线”，即在不增大传播损耗的情况下， 通过各种手段对天线的外表进行伪装、修饰来达到美化的目的，既美化了城市的视 觉环境，也减少了居民对无线电磁环境的恐惧和抵触，同时也延长了天线的使用寿 限，保证通信的质量。第二章HFSS软件仿真3.2仿真部分3.1设计要求在所给附录参考图样中，选择一个图样，或类似、或变形的图样，主要在10GHz 以下频段，设计一个微带单极子“美化”天线。微带厚度1.6mm,介电常数4.4。3.2原始模型这个美化天线的初始方向是一个机器人，其身体构造大体分为4个矩形，将四 个大矩形连接合并之后进行了简单的修饰加工，总体效果如下：15.00 I /HFSSDesiil帀Curve InbaB3irT1 Ti|原始模型结果分析:-PILLS-BD107顽皿間附血而由上面结果分析可看出：该模型有两个谐振点，分别是2.55GHZ和6.69GHZ, 2.55GHZ的带宽为0.56GHZ，而6.69GHZ性能太低，没有10dB带宽。3.4第一次“美化”对原始模型进行外表的简单装饰和改进，例如：加上机器人的口袋、领带、嘴 唇以及身体尺寸的改进。美化后的模型图如下：第一次“美化”结果分析:0.302GHZ,相对原始模型来说带宽减小了。3.5第二次“美化”由于第一次“美化”后，模型的带宽变小，这次我尝试将接地面的尺寸增大,修改后的模型如下：第二次“美化”结果分析:Nm亡VHi13 6+lK-TtllH址忍-10 0151叩閑T4 4 4 4 o rv- D7.0.2.5.*-1-1二lBUEWLLIs-Ep.金一HP-17.M -20.00 -22.50TI7Eidti皿Frai壮7 AoTEn1O0fl由上图可看出：美化后的天线谐振点减少了，3.73GHZ处的带宽为0.41GHZ。3.6第三次“美化”本次修改了激励端口的尺寸，修改后的模型如下: 6te l：M,L410k1?b01第三次“美化”结果分析:一.5-?匸匚/虫由上图可以看出：修改之后的模型有两个谐振点，分别为:3.05GHZ和7.05GHZ, 其中7.05GHZ谐振时的带宽为1.367GHZ，相对之前模型带宽有了很大改进。3.7最终模型根据之前几次“美化”，发现激励端口的尺寸改变对于天线带宽影响很大，所 以就激励端口这一参数进行修改比较：XY Plol 1hf$De舸1 11-500 .00250030.0035005 O1-3M匚I4PE0匚KM dB|3lCrJea_Tl.-Circld_Tl)| 1 SfllUpI - &*tpS=,uXY Plot 1- ibQ Q Q o o o A- 5 Q & it-52 多書|雷2_Q匚d 寻UH5OII1DEB.OT-30 00 i i i i r i i t !111 r 1! r 1111 r !1 r 111 i 11M2MJ DO4 00fi.no丁呦SOD9IFieq|GH2|分析上图可知：当D (接地面)=llmm时，天线性能最好，最大带宽可以达到4.88GHZ (8.1803GHZ-3.2973GHZ)综合考虑以上参数，选择了相对最优解3,所以确定最终模型如下:其结果图为:-30 00 Nina I XA H r iLIL I1 io最终模型有两个频带，最大带宽为4.95GHZ(8.22GHZ-3.27GHZ)。第四章结束语本文首先介绍了微带单极子天线的基本原理及其结构，然后利用HFSS12.0仿 真软件对微带单极子天线进行了仿真与美化。通过观察S参数图，确定了天线大致 的谐振点和带宽，研究天线的性能与激励端口尺寸之间的关系，还研究了天线接地 面面积与天线性能之间的关系，并找出最佳参数，设计出符合要求，性能完好的超 宽带“美化”天线。本篇论文主要介绍了微带单极子天线的基本原理和结构，并利 用HFSS仿真软件进行简单的微带双频单极子天线的设计及“美化”以及性能仿真。通过本次实验，了解到了微带单极子天线的基本原理与性能，通过自己设计天 线也从中更加了解了天线的原理和结构，同时对于仿真软件HFSS的使用也更上了 一个层次，“美化”天线的设计过程也充满乐趣，寓教于乐。不过由于时间关系， 以及自身知识水平有限，该天线还是不完美的，仍然存在问题，虽然通过控制变量 法摸索确定了一个比较完美的参数设定，但是多个参数结合起来效果仍然差强人意, 虽然结果不完美，但是锻炼了自己独立解决问题的能力，实验作品中存在的不完善 之处，敬请指正批评。参考文献1李明洋、刘敏、杨放HFSS天线设计M.北京：电子工业出版 社，2011.8:68-128.2钟顺时.微带天线理论与应用M.西安电子科技大学出版社,19913段宝岩.天线结构分析、优化与测量A，西安电子科技大学出版社， 1998