【正文】 .. 37 第二節(jié) 本章小節(jié) ................................................................................................. 39 第五章 總結(jié)和展望 .................................................................................................... 40 一、 總結(jié) ......................................................................................................... 40 二、 展望 ......................................................................................................... 40 致 謝 .......................................................................................................................... 41 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 42 附 錄 .......................................................................................................................... 43 一、英文原文： ................................................................................................... 43 二、英文翻譯： ................................................................................................... 54 前 言 中國的天線產(chǎn)業(yè)從無到有，從購買成熟方案到自主設(shè)計，在短短的幾十年的時間里，發(fā)展迅速并運用在各個領(lǐng)域，可以說目前中國天線研究設(shè)計行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了非常興盛的狀態(tài)。 其次 ,詳細(xì)地回顧了天線的基本理論 ,包括天線的基本電參數(shù) ,天線單元的饋電方法等等。通過在微帶板蝕刻對稱的叉子形輻射貼片和寄生貼片，仿真設(shè)計了一款雙頻帶印刷天線結(jié)構(gòu)，借助于仿真軟件對天線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使天線能覆蓋 ，并對其進(jìn)行了測試。 編 號： 審定成績： 重慶郵電大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 設(shè)計（論文）題目： 應(yīng)用于 WLAN/WiMAX 的雙頻帶印刷天線設(shè)計 學(xué) 院 名 稱 ： 學(xué) 生 姓 名 ： 專 業(yè) ： 班 級 ： 0231002 學(xué) 號 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 答辯組 負(fù)責(zé)人 ： 填表時間： 年 月 重慶郵電大學(xué)教務(wù)處制 摘要 在現(xiàn)在無線通信產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展下， 無線通信行業(yè)正遍布我國的各個領(lǐng)域 ，并且競爭也越來越激烈， 而作為移動通信系統(tǒng)中通信終端的天線要求也就越來越高。結(jié)果表明，測試結(jié)果和仿真的結(jié)果一樣，并且在帶內(nèi)擁有良好的全向輻射特性。接著，介紹了 WLAN/WiMAX雙頻帶印刷天線的特點和設(shè)計特點以及設(shè)計要求。當(dāng)然， 天線作為收發(fā)信息設(shè)備的必不可少的組成部分，經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)取得一定的進(jìn)步，并在很寬的頻帶上得到廣泛應(yīng)用。但是，近年來的研究熱點大多放在小型化多頻微帶天線的研究設(shè)計。 第一章 緒論 本章首先闡述了無線局域網(wǎng)；然后介紹了印刷單極 子天線和雙頻天線；接著簡要介紹用于天線仿真的軟件；最后給出了本文所做的研究工作以及論文的組成與結(jié)構(gòu)。無線局域網(wǎng)擁有良好的靈活性和移動性，并且安裝便捷易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和調(diào)整，易于擴(kuò)展，故障定位容易的優(yōu)點。 2． 兼容性 ：對于室內(nèi)使用的無線局域網(wǎng)，應(yīng)盡可能使其跟現(xiàn)有的 有 線局域網(wǎng) 在 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 和網(wǎng)絡(luò)軟件上相互兼容。 6．節(jié)能管理：當(dāng)無數(shù)據(jù)收發(fā)時使站點機處于 休眠狀態(tài) ，當(dāng)有數(shù)據(jù)收發(fā)時再激活，從而達(dá)到節(jié)省電力消耗的目的。 WiMAX的另一個名字是 。 第二節(jié) 印刷單極子天線 印刷天線簡單的說，就是可以印刷出來的天線。信號饋入部用于饋入電磁波信號。導(dǎo)引段呈弧形，與第二輻射部分別位于第一輻射部的兩側(cè)，且導(dǎo)引段與第一輻射部的弧形輻射段之間形成第一間隙。從外形分，臺式收音機是拖線天線，便攜式的是拉桿 天線，從接收頻率分，調(diào)幅收音機是磁性天線，調(diào)頻的是拉桿天線，頻率越高天線越短，老式磚頭手機頻率不高，用拉桿天線，現(xiàn)在手機頻率非常高，其內(nèi)置天線很短，可以制成印刷天線，即和集成電路版印刷在一起的天線，一般呈 “回 ”字形。所謂雙頻天線是指具有兩個諧振頻率的天線，天線實現(xiàn)雙頻或多頻有多種方法。一種是印刷單極子天線，這種天線通過兩個不同的分支實現(xiàn)多頻，本文設(shè)計的應(yīng)用 WLAN 系統(tǒng)的雙頻天線就是采用這種結(jié)構(gòu)制作而成的。 論文共分為四個章節(jié)，論文各章節(jié)的名稱和具體內(nèi)容如下： 第一章：緒論。 為以下章節(jié)的方案的設(shè)計做了技術(shù)鋪墊。 第五章：總結(jié)和展望；對整個論文進(jìn)行了總結(jié)，并提出作者認(rèn)為下一步手機天線設(shè)計有待解決的問題和發(fā)展前景。天線作為傳輸線的負(fù)載，需要和傳輸線匹配，為此必須確定它的輸入阻抗。天線的寬頻帶工作能力可以用各參數(shù)與波長的關(guān)系曲線來表示。因此，天線的發(fā)射能力可用輻射電阻來表示。從天線與傳輸線匹配的觀點來看，需要具體地確定天線的阻抗大小，以便于采取措施使天線和傳輸線匹配良好。一般將 VSWR ≤2的帶寬稱為輸入阻抗帶寬。一般來說，對于加載天線或電小天線，天線的效率比較低。對于沿 z 軸放置的電基本振子而言，子午平面是 E 面。所謂主瓣寬度，即是輻射功率密度降至最大輻射方向一半時的兩個發(fā)射方向之間的夾角。它的定義為：在離天線某一距離處，天線在最大輻射方向上的輻射功率流密度 SMAX與相同輻射功率的理想無方向性天線在同一距離處的輻射功率流密度 S0之比，記為 D，即 （ ） 需要說明的是，一般方向系數(shù)用分貝來表示，這需要一個參考源，常用的參考源是各向同性輻射源，分貝表示為 dBi，通常情況下，若不加說明， dB 指的就是 dBi。如此按照電場的極化形式可分為線極化、圓極化和橢圓極化。 九、頻帶寬度 天線頻帶寬度是指天線的主要指標(biāo)如增益、主瓣寬度、副瓣電平、輸入阻抗、極化特性等均滿足設(shè)計要求時的頻帶范圍。 工程研制中要求天線在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)，它的主要電性能如電壓駐波比、增益、主瓣寬度、副瓣電平、極化特性等必須滿足技術(shù)指標(biāo)。 總之，天線的性能是一項綜合性的 技術(shù)指標(biāo)。通常介質(zhì)基片的厚度與波長相比是很小的，因此它實現(xiàn)了一維小型化，屬于小天線的一種。 微帶天線由于其特有的優(yōu)點而被廣泛使用，但是微帶天線本身固有的缺點限制了它在某些領(lǐng)域的應(yīng)用，其最顯著的缺點就是窄頻帶和低效率。 間隙耦合方式的特點是直接饋電 的貼片只有一塊，而其他一塊或多塊輻射單元是通過耦合方式來饋電的。圖 所示即為微帶饋線縫隙耦合方式，這種方式通常會由兩層或多層基板構(gòu)成，在圖中所示結(jié)構(gòu)之外還有一塊基板用來放置輻射貼片。 一般來說，所有的諧振天線的帶寬都會比較窄，這是由它們的諧振特性所決定的。 Q 值與介電常數(shù)有關(guān)，介電常數(shù)的降低也會引起 Q 值的降低，從而可以增加帶寬。然而，不管使用什么方式來拓展阻抗帶寬，都有可能會使方向圖變差，因此在設(shè)計天線時，應(yīng)當(dāng)兼顧方向圖。 1. 側(cè)饋 側(cè)饋也被稱為微帶線饋電，分為中心微帶饋電和偏心微帶饋電。側(cè)饋的優(yōu)點是微帶饋線單元可方便地和天線貼片單元一起光刻，制作簡便。當(dāng)然同軸饋電也有相應(yīng)的缺點：結(jié)構(gòu)不便于集成，制作較為麻煩，焊接重復(fù)性較差，且在貼片單元和探針之間會由于焊接的不均勻性產(chǎn)生反射。 由于印刷天線剖面薄，體積小，重量輕，造價低，最重要的是具有全向輻射 性能，并且能與線路板有機結(jié)合，且具有很好的共形設(shè)計潛質(zhì)。它們的結(jié)構(gòu)基本一致，都是有一個輻射貼片和一個接地板構(gòu)成，區(qū)別在于微帶天線的接地板的尺寸與介質(zhì)板大小一致，也就是接地板也在輻射貼片下方，因此微帶天線通常都是定向天線。而 W、 L、 G 與 f1 的關(guān)系式可由圓柱體近似法給出。我們可以看到隨著輻射貼片長度 L 的增加，天線的諧振頻率 f1。 綜上，對于一般的平面單極子天線，天線的最低點諧振頻率 f1 與輻射體的長度 L、寬度 W 和接地板與輻射體的間距 G 有著密切的聯(lián)系，其中長度 L 和接地板與輻射體的間距 G 起主要作用。在后面的實際測量結(jié)果表明，天線滿足，并且具有良好的全向輻射特性和可觀的增益。對于性能良好的天線來說，尺寸自然偏大。所以，一般而言天線面積按如下尺寸去調(diào)整設(shè)計： 雙頻 (GSM／ DCS)： 600x6～ 8mm 當(dāng)以上要求得到滿足時，工作于 GSM頻段的天線一般可能達(dá)到 1～ 0dBi，而工作于 DCS/PCS頻段時可達(dá) 0～ ldBi。內(nèi)置天線在設(shè)計的 時候應(yīng)使其與周圍較大金屬物體之間的距離保持在 6mm以上，并要求其與 LCD、液晶屏、按鍵等的彎曲電纜、連接振蕩器或揚聲器的導(dǎo)線等有良 好的接地。千萬不要屏蔽焊點，更不能在天線正下方放置匹配焊盤，不要把噴涂導(dǎo)電漆等導(dǎo)電物質(zhì)噴灑到天線附近的結(jié)構(gòu)件（面）上，并盡可能的減少 EMC遮護(hù)板。按理說介質(zhì)基片最好應(yīng)盡可能的填充空氣，支撐物也應(yīng)盡可能 的少。 Ansoft HFSS 是世界上第一個商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場仿真軟件，可分析仿真任意三維無源結(jié)構(gòu)的高頻電磁場，可直接得到特征阻抗、傳播常數(shù)、 S 參數(shù)及電磁場、輻射場、天線方向圖等結(jié)果。下 面就簡要介紹一下 HFSS 的基本使用步驟。 （ 2）天線模型的建立： Ansoft HFSS 是一種 3D 的電磁仿真軟件，它提供了操作簡單的各種畫圖工具，可以方便的建立各種復(fù)雜的立體模型，并且它支持專業(yè)畫圖工 具建立的模型的導(dǎo)入和導(dǎo)出。 HFSS 提供高頻電磁仿真的邊界條件包括 PerfectE， PerfectH， Radiation 等，激勵源端口設(shè)置主要有兩種 Wave port 和 Lumped Port。如果無法估計諧振頻率，一般要先確定感興趣的頻段，然后取該頻段的中點作工作頻率。 由于 Ansoft HFSS 高頻電磁仿真軟件的精確的處理能力，在天線的設(shè)計和分析過程中起著重要的作用。其強大的實 體建模前端基于著名的 ACIS 建模內(nèi)核，結(jié)構(gòu)輸入過程非常簡便，再加上完善的圖形化反饋，極大地簡化了對各種器件的定義，在所有器 4件建模完成后，會自動進(jìn)行一個基于專家系統(tǒng)的全自動網(wǎng)格剖分，然后才開始進(jìn)行正式的仿真。到今天為 止，已經(jīng)有大量的關(guān)于單饋點的雙頻的設(shè)計資料。本文設(shè)計這款天線皆具有尺寸小、易調(diào)節(jié)、易設(shè)計、容易操作加工等優(yōu)點。 圖 輸入?yún)?shù)以及參數(shù)的值 為考察結(jié)構(gòu)尺寸對天線電性能的影響，采用 3D 電磁仿真軟件 Ansoft HFSS V13對設(shè)計 的天線進(jìn)行 了 仿真分析 ，經(jīng)過加工調(diào)試天線的尺寸如下 ： L=36 mm， Ll= 18 mm ， L2 =5 mm ， L3=7 mm ， L4 =6 mm ， L5= 5 mm ，L6=15 mm ， L7=5 mm ， W = 18 mm ， W1=2 mm ， W2 = 4 mm ， W3=2 mm ， w4=1． 5 mm ， H =1 mm。 圖 建立模型 首先創(chuàng)建介質(zhì)基板，從圖 H，長為 L，寬為 W的長方體。接著選中長方體點擊左邊的屬性窗口，把其屬性改為 FR4_epoxy。如下圖 。如下圖 。如圖 。 圖 （ 2）設(shè)置輻射邊界條件 在 HFSS中輻射邊界表面距離輻射體通常需要不小于 1/4個工作波長，在 1/4個工作波長為 30mm，在設(shè)計中我們定義了變量 length來表示 1/4個工作波長。在Position文本框中輸入頂點位置坐標(biāo)為（ 10mm， length， length），在 XSize、YSie和 ZSiz文本框中分別輸入長方體的長、寬和高為 length+H+ 2*length+W、2*length+L，如圖 ，然后點擊 按鈕。 圖 設(shè)置端口激勵 在設(shè)計中，把端口平面 Port設(shè)置集總端口激勵，