【正文】 lliam R. Deal, Yongxi Qian, and Tatsuo Itoh . ＂ A broadband 64element 2D quasiYagi antenna array＂ . 2020. 6770. 62 [38] . Nascimento, R. Schildberg, and . da S. Lacava .＂ LowCost YagiUda Monopole Array Antennas and Propagation Society International Symposium＂ , 2020. APS 2020. . 14. [39] ChunChi Lee, ChingJu Lin, ChurngJou Tsai and ChiaWei Wang. ＂ Broadband PrintedCircuit Yagi Array＂ . Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, WiCom 39。同時，也感謝中興通訊 3G學(xué)院的各位老師與領(lǐng)導(dǎo)對我的教育和培養(yǎng)，讓我成為一名合格的華南理工大學(xué)廣州學(xué)院畢業(yè)生。 。 感謝我的家人朋友對我的理解與支持。 我由衷感謝我的指導(dǎo)老師張全琪老師。ndez, . CarreraSu225。 由于所學(xué)知識有限，本文的研究還有很多不成熟的地方，對問題的研究不夠深入，還有一些問題需要繼續(xù)探討。首先添加我們需要的參數(shù)，如圖 所示，創(chuàng)建好天線模型后，分別把貼片天線和地設(shè)置為 PerfE，如圖 和 所示； L型探針的材料屬性設(shè)置為銅，因?yàn)榇硕丝诩钤谀Ｐ蛢?nèi)部，因?yàn)樵O(shè)置端口激勵為集成端口，積分線從同軸外徑到波端口邊界，如圖 所示；圖 為把輻射邊界設(shè)置為 Radation1 ， 圖 L型探針饋電貼片天線（無空氣盒子） 圖 端射天線（含空氣盒子） 第三章 端射天線的 仿真與優(yōu)化 21 華南理工大學(xué) 廣州學(xué)院畢業(yè) 論文 22 圖 貼片設(shè)置為 PerfE 圖 地設(shè)置為 PerfE 圖 第三章 端射天線的 仿真與優(yōu)化 23 圖 邊界為 Radation1 設(shè)計好如上一節(jié)的天線設(shè)置后，模型建立后設(shè)置好激勵端口，設(shè)置主頻為,如圖 ，并且設(shè)置矢量大小為 20，掃頻范圍為 1GHz 到 3GHz，步長為，如圖 ， 圖 設(shè)置頻率 華南理工大學(xué) 廣州學(xué)院畢業(yè) 論文 24 圖 掃頻設(shè)置 經(jīng)過 Analyze 和優(yōu)化，最后結(jié)果如下： 圖 S11圖 從圖中可以看出， S11的工作頻率分別為 ， S11的大小為 。A比 HB 滯后 90176。又因反射器呈感性 IB 比ε B滯后 90176。振子的中點(diǎn)不需要與金屬桿絕緣，原因是電波在這些約為半個波長長度的振子上傳播時，振子的中點(diǎn)正好位于感應(yīng)信號電壓 的零點(diǎn)。引向器越多，方向越尖銳、增益越高，但實(shí)際上超過四、五個引向器之后，增益增加就不太明顯了，而體積大、自重增加、對材料強(qiáng)度要求提高、成本加大等問題逐漸突出。 八木天線結(jié)構(gòu) 典型的八木天線有三對振子，整個結(jié)構(gòu)呈“王”字形。缺點(diǎn)是頻帶窄，增益不夠高，因此常排成陣列使用。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反射組件是波長的一半，且與輻射組件保持四分之一波長的距離時，天線的增益最佳，要保持該情況， 在加入導(dǎo)向組件時，導(dǎo)向組件的長度要比波長少百分之十的長度，與輻射組件的距離約為三分之一波長距離最為理想。華南理工大學(xué) 廣州學(xué)院畢業(yè) 論文 16 第三章 端射天線的仿真與優(yōu)化 Ansoft HFSS 高頻仿真軟件介紹 HFSS 高頻仿真軟件是一款用于三維電磁場和電磁波仿真的軟件。在 60GHz 頻段，我們一般把輸入阻抗設(shè)計在 50? ，在工作頻段內(nèi)保持小的駐波比。 在 z=0處，有： 122s ins in ( ) ( s in c o s c o s s in )xyE E tE E t E t t??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? () 第二章 天線基本 理論 15 式 ()消去 t? ，再經(jīng)整理可得： 22 2221 1 2 22 c o s s i nx y yx E E EEE E E E?? ? ? ? () 上式是極化橢圓的表達(dá)式。一般情況下，極化方式都是橢圓極化，當(dāng)橢圓的兩個坐標(biāo)軸為零的時候，就變成了線極化，而當(dāng)橢圓的兩個坐標(biāo)軸相等的時候，就變成了圓極化。天線的極化表明了天線的電場矢量的方向跟振幅隨著時間變化而變化的情況。 ? ?? ?4,inUG P ? ? ?? 無 耗 各 向 同 性 輻 射 源 () 方向沒有給定時，我們一般默認(rèn)在最大輻射方向計算天線增益。天線效率因子是增益與定向之比，該表達(dá)式表示如下： G kD? () 這里，效率因子 k（ 01k??）是無量綱的。像研究一般科學(xué)變量的方法一樣，只有在其他條件不變的情況下，才能真實(shí)的通過增益表征出天線輻射出能量的多少，同樣研究天線增益也是在距離天線非常遠(yuǎn)的距離上進(jìn)行的，一般情況下，天線有如下式 ()的表達(dá)式： AGD?? () 天線的增益是一個表述天線輻射功率的實(shí)際的量，一般情況下，天線增益由于電路歐姆損耗小于天線的方向性。它們分別用 er、 ec和 ed來表示。由于上面所說的種種原因，為了說明天線將輸入的多少高頻能量轉(zhuǎn)換為無線電波能量，我們定義了天線效率這一概念，天線的輸入功率用于表示輸入能量，輻射功率是無線電波能量，兩者的比值就是天線的效率，如下式所示： radAinPP?? () 上式 ()中， Pin和 Prad分別表示天線的輸入功率和輻射功率。 于是，定向性又等于球面范圍與天線的波束范圍 A? 之比，波束范圍越小，則定向性越高。通過上面得到的結(jié)論，我們將式 ()化簡如下式： 0 0 04r a dP U d U d U???? ? ? ? ??? ?? () 式中， U0表示各向同性輻射源的輻射強(qiáng)度。 但是在一般情況下，我們都認(rèn)為輻射強(qiáng)度是一個遠(yuǎn)場標(biāo)量，此時輻射強(qiáng)度與距離無關(guān)，一下格式將給出輻射源的輻射強(qiáng)度推導(dǎo)過程，來證明其與距離無關(guān)。 運(yùn)用求面積積分的方法，就是在一個密閉的面上求出垂直于這個面的向量的積分，就能求得電磁場總功率的描述矢量，就是我們通常所說的坡印廷矢量，它表達(dá)的意思就是輻射功率密度。 我們可以將天線的波束范圍近似的表示成兩個主平面內(nèi)主瓣功率波束寬度的相乘之積，如下式所示： A HP HP???? () 輻射功率密度 電磁場的傳播形式是電磁波，電磁波一般情況下通過無線介質(zhì)或者波導(dǎo)結(jié)構(gòu)傳播信息。 為了得到天線輻射球球面的面積，將固定的 ? 角和弧寬 rd? 圍繞著天線輻射球面包裹成成的圓環(huán)形狀條帶的面積為 sin )(r )rd? ? ???? ，進(jìn)行 180 度的積分，就可得到下式： 2 2 2020 si n 2 [ c os ] 4S r d r r? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? () 式中 4? 表示完整球坐標(biāo)球面所環(huán)繞的立體角，即 360 度，單位為 sr。這種情況下， E 平面就是在最大輻射方向平面中，與天線輻射出的電場矢量平行的平面。將該功率對其最大值進(jìn)行歸一化即得出歸一化功率波瓣圖，這也是角度的無量綱函數(shù)，最大值為 1。在 ? 和 ? 角度所處的方向上，當(dāng) ( , )nE? ?? =(1/2)1/2= 的時候，會產(chǎn)生半功率電平。 我們所說的半功率波束寬度（ HPBW， halfpower beamwidth）（或 3 dB 波束寬度），就是一半功率電平所在的點(diǎn)所夾的波束范圍的寬度。通常，波瓣圖都是在極坐標(biāo)下表示做出的，極坐標(biāo)的兩個變量角度和半徑分別代表著天線向哪個方位輻射能量，和所輻射能量的電磁場的場強(qiáng)大小或者功率密度的大小。 波瓣圖 所謂的天線輻射方向圖，由于圖形繪畫出來非常像花的花瓣，所以我們也叫做天線輻射波瓣圖，很多情況下，為了方便我們簡單的叫做天線方向圖，就是在一定的距離天線的位置上，天線輻射能量的場隨球坐標(biāo)系的角坐標(biāo) (? ,? )分布的圖形。 因?yàn)樘炀€在一個通信電路系統(tǒng)中也是一個元器件，所以在天線也會出現(xiàn)一定的阻抗特性，這里有一個輻射電阻的概念 Rr，就是把天線和它的傳輸線看成一個電路部分其呈現(xiàn)出的電阻特性。天線產(chǎn)生電磁波的方向和天線中電荷運(yùn)動的方向成 90 度角，IL（或 Qv）的平方越大天線在空間中產(chǎn)生的電磁波的能量越大。天線的最基本原理就是電荷加或減速產(chǎn)生輻射。 我們設(shè)計人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，就是為了優(yōu)化天線的各個性能，而天線的性能是從它的各個參數(shù)反應(yīng)表現(xiàn)出來的，這一章，我們主要介紹天線的各個性能參數(shù)以及其表達(dá)的含義。 華南理工大學(xué) 廣州學(xué)院畢業(yè) 論文 6 第二章 天線基本理論 天線， 眾 所周知，是通信電路中用來發(fā)送信號和接收信號的關(guān)鍵元器件和組成部分。 二：主要介紹了天線的各個性能參數(shù)和定義各個指標(biāo)參數(shù)的原理公式，判斷天線性能好壞的各種指標(biāo)。由于目前移動通信系統(tǒng)中使用的各種天線的使用頻率、增益和前后比等指標(biāo)差別不大，天線的輻射形式成為系統(tǒng)選擇天線類型考慮的一個重要的因素。而且會對其他的元器件造成一定的負(fù)面的影響。 由于現(xiàn)在的主流芯片都是用主流的硅工藝（ SiGe 或 CMOS）制造，片上天線的特點(diǎn)就是將天線與其他前端電路集成在硅工藝的芯片上。目前，關(guān)注度最高的就是集成天線這個領(lǐng)域，包括片上的和集成內(nèi)的。這樣，平面印刷天線陣列便得到了人們的青睞。 在無線電系統(tǒng)中，天線是不可或缺的部分。2020 年， Yang Ding 等人彎折共面波導(dǎo)中的一個槽線，并延長彎折槽線，使共面波導(dǎo)兩個槽線末端的輸出相位相差 180 度，同時在天線結(jié)構(gòu)中增加諧振偶極子單華南理工大學(xué) 廣州學(xué)院畢業(yè) 論文 4 元的數(shù)量，形成一個多頻段工作的 Yagi 天線。第二，修改有源驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)或增加諧振單元數(shù)，達(dá)到提高帶寬的目的。 Weinmann 等也設(shè)計了一款平面的 QuasiYagi 天線陣列，通過仔細(xì)設(shè)計饋電網(wǎng)絡(luò)，可以達(dá)到 45%帶寬。但這些天線的帶寬明顯不足，限制了應(yīng)用范圍。通過控制每個單元的電子開關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)整個方向圖在 360 度區(qū)域全面覆蓋。電磁能量不僅通過空間從驅(qū)動貼片向引向貼片進(jìn)行耦合，也通過在介質(zhì)中的表面波進(jìn)行耦合。進(jìn)入 90 年代，第一章 緒論 3 共面 QuasiYagi 天線得到了廣泛地研究。標(biāo)準(zhǔn)的 Yagi 天線是由多個平行的線性偶極子輻射器組成（即反射單元、驅(qū)動單元、引向單元）。 世界上第一個天線系統(tǒng)是由德國的卡爾斯魯厄工學(xué)院的赫茲教授在 1886年建立的，今天來看其當(dāng)時建立的天線系統(tǒng)是一套完整的米波波長的無線電系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的發(fā)射天線是終端加載的偶極子天線，接收天線是諧振方環(huán)天線。在平衡木的設(shè)計中采用了端射天線，為前后盲區(qū)進(jìn)行彌 補(bǔ)，獲得了全方位性能。每面天線可覆蓋機(jī)身兩側(cè)各 120176。天線陣具有較大的口面，但是我們又要求再有限的面積中有較大的利用率。 端射天線研究內(nèi)容及現(xiàn)狀 端射天線應(yīng)用在廣泛的領(lǐng)域中，包括雷達(dá)、飛機(jī)、車載等等。在歐洲，將 57GHz 到 66GHz 的頻帶范圍劃分為 60GHz 頻段，這個帶寬相對于其他國家更寬。 日本就這個使用條例在 2020 年第一個發(fā)布，條例規(guī)定了從 59GHZ 到 66GHz的頻段為免費(fèi)試用頻段，并且限制了發(fā)射的最大功率和天線增益以及傳輸帶寬分別為 10dBm、 47dBi 和 。之后 60GHz 的發(fā)展原動力來自了微型蜂窩電話系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，也是利用氧分子的吸收效應(yīng)和更大的通道損耗來限制該頻段的通信鏈路的距離，這個概念可以使頻率復(fù)用率達(dá)到更高以使網(wǎng)絡(luò)的通信容量增加。 如今，隨著通信行業(yè)的發(fā)展，各種各樣的天線出現(xiàn)在各個領(lǐng)域，由于微帶貼片天線尺寸小，制作簡單的特點(diǎn)，在個人通信等領(lǐng)域得到了極其廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞： 端射天線；八木天線； HFSS華南理工大學(xué) 廣州學(xué)院畢業(yè) 論文 Ⅱ Abstract Antenna, the known total are critical ponents in the circuit, and a munication ponent for transmitting signals and receiving signals. The world39。無論是在民用還是在軍用設(shè)備上，端射天線成為天線領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。它具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如體積小，易于集成， 重量輕，并且相對來說，制造成本很低，這樣有利于批量生產(chǎn)。 學(xué)位論文作者簽名：