【正文】 可以把它比做電路上電阻的功率損耗。在計入天線損耗時要采用效率這一參數(shù)。就發(fā)射天線來說，它是一個能量轉(zhuǎn)換器。介紹所設(shè)計天線的特點以及如何實現(xiàn)本次的設(shè)計的天線。 第二章 :天線的基本理論。關(guān)于 HFSS的運用在后面將會提及，在這就不再闡述 。多貼片和集總 加載都會使天線的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，而槽加載作為一種簡單的加載方式，可以在單層微帶天線上實現(xiàn)雙頻，制作生產(chǎn)相對簡單，且容易與微波電路集成。特別是它可方便地與饋電網(wǎng)絡(luò)和器件集成成塊，與微電子技術(shù)緊密結(jié)合，功能強大，已顯示出新一代天線形式的巨大活力。 形象解釋。第一輻射部電性連接于信號饋入部，其包括弧形輻射段。 抽象解釋。 WiMAX 還具有 QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點。 8．電磁環(huán)境：無線局域網(wǎng)應(yīng)考慮電磁對人體 和周邊環(huán)境的影響問題。 4．通信保密：由于數(shù)據(jù)通過無線介質(zhì)在空中傳播，無線局域網(wǎng)必須在不同層次采取有效的措施以提高通信保密和數(shù)據(jù)安全性能 。 無線局域網(wǎng)需要支持高速、突發(fā)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且在室內(nèi)使用還需要解決多徑衰落以及各子網(wǎng)間串擾等問題。簡寫中文翻譯名稱：微覽。 應(yīng)用于 WLAN/WiMAX 雙頻帶印刷天線 是一種具有水平和垂直兩種極化特性的天線。 當今，隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，為擴大系統(tǒng)容量或者實現(xiàn)雙模、多模通信，實際通信系統(tǒng)往往需要實現(xiàn)多頻段工作。 最后 ,論文總結(jié)了全部工作 ,并對未來相關(guān)研究工作做了適當展望。首先 ,論文簡單介紹了無線局域網(wǎng)的基本概念 ,在了解了無線局域網(wǎng)的的基本知識后討論了印刷天線發(fā)展情況 ,最后簡單敘述了本次用的三維仿真軟件。本文提出了一種應(yīng)用 WLAN/WiMAX通信系統(tǒng)的新型雙頻帶印刷天線。 伴隨著無線局域網(wǎng)中各項標準的出臺， 因此，研制可同時適用于多個頻帶內(nèi)的天線成為天線的設(shè)計的要求。 論文共分為五個部分。 然后介紹了 應(yīng)用于 WLAN/WiMAX雙頻帶印刷天線仿真的流程的具體步驟 。隨著科技的進步，天線的性能不斷提高，從而為信息的傳輸提供了更好的有效性和可靠性保證，天線發(fā)展演化出來了不同的發(fā)展方向，一類是大規(guī)模陣列天線，主要用于空間技術(shù)上，大型的雷達基站等方面；另一類則是微帶天線，微帶天線又可以細分好多種，而應(yīng)用于 WLAN/WiMAX雙頻帶印刷天線只是其中之一。因為其高的系統(tǒng)集成度正是我們目前實現(xiàn)天線小型化的優(yōu)勢所在。 第一節(jié) 無線局域網(wǎng) 無線 局域網(wǎng)絡(luò) 英文全名： Wireless Local Area Networks；簡寫為： WLAN。因此，在餐飲及零食、醫(yī)療和企業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，漸漸的替代專線。 3．數(shù)據(jù)速率：為了滿足局域網(wǎng)業(yè)務(wù)量的需要，無線局域網(wǎng)的 數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)該在 54Mbps以上。 7．小型化、低價格：這是無線局域網(wǎng)得以普及的關(guān)鍵。 WiMAX是一項新興的寬帶無線接入技術(shù)能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠可達 50km。分為抽象解釋和形象解釋。輻射體用于收發(fā)電磁波信號，包括第一輻射部、第二輻射部及導(dǎo)引段。印刷天線體積小，且輻射性能強。 印刷天線的 優(yōu)點是體積小，重量輕，造價低，最重要的是具有全向輻射性能，并能與線路板有機結(jié)合，且具有很好的設(shè)計潛質(zhì)。一種是雙頻微帶貼片天線，其雙頻及多頻的實現(xiàn)方法，一般來說，大體分成三類 :(1)多貼片， (2)槽加載， (3)集總元件加載。 第四節(jié) 天線設(shè)計的仿真軟件 用于計算仿真高頻電磁場的軟件有很多，用于本次設(shè)計的軟件主要是 HFSS。簡單介紹天線。 第三章：應(yīng)用于 WLAN/WiMAX 雙頻帶印刷天線的設(shè)計與特點。 第二章 天線的基本理論 第一節(jié) 天線的電參數(shù) 天線參數(shù)是反映天線性能的物理量。為了便于比較不同天線的定向輻射能力，需要引入方向系數(shù)。下面分別說明： 一、輻射功率和輻射電阻 天線的輻射功率是離開波源而不再返回的能量。 二、輸入阻抗與駐波比 一個天線在工作時，除脫離波源而輻射的電磁場外還有依附于天線而振蕩的電磁波。所以對于每一種天線，確定它的阻抗大小是很重要的工作。 三、效率 天線的效率 ηA用以度量天線轉(zhuǎn)換能量的有效性，它也是天線的重要指標之一。 四、方向圖和主瓣寬度 所謂天線方向圖，是指在離天線一定距離處，輻射場的相對場強（歸一化模值）隨方向變化的曲線圖，通常采用通過天線最大輻射方向上的兩個相互垂直的平面方向圖來表示。 所謂 H 面，就是磁場矢量所在的平面。 五、前后比 前后比是指最大輻射方向電平與其相反方向電平之比，通常以分貝為單位。 七、增益系數(shù)（ Gain） 增益系數(shù)是綜合衡量天線能量轉(zhuǎn)換和方向特性的參數(shù)，它是方向系數(shù)與天線效率的乘積，記為 G ，即 （ ） 天線的增益系數(shù)描述了天線與理想的無方向性天線相比在最大輻射方向上將輸入功率放大的倍數(shù)。在垂直于傳播 方向的某一固定平面上觀察電磁波的電場矢量，如果它的端點始終在一個直線上振動，則是線極化；如果它的端點隨著時間變化在該平面上畫出的軌跡是圓，則是圓極化，如果某一時刻沿著傳播方向把各處的電場矢量畫出來，則圓極化波中的電場矢量端點的軌跡為螺旋線，矢量端點旋轉(zhuǎn)方向與波傳播方向成右手螺旋關(guān)系的叫右旋圓極化，成左手螺旋關(guān)系的叫左旋圓極化；同樣的，如果電場矢量的端點隨著時間變化所畫出的軌跡是橢圓，則是橢圓極化。通常用到的帶寬概念又分為絕對帶寬和相對帶寬，絕對帶寬是： （ ） 其中 f1,fh分別指天線滿足其電氣技術(shù)指標的下限和上限頻率。通常情況下天線的有些指標是相互矛盾的。為了系統(tǒng)使用的需要，有時要顧及到多項指標，需要采取折中的辦法。結(jié)構(gòu)最簡單的微帶天線是由貼在帶有金屬地板的介質(zhì)基片上的輻射貼片所構(gòu)成的。 70 年代以來，人們就不斷探索拓展天線帶寬和提高增益的方式。如圖 所示的三種天線，都是其中一塊貼片直接饋電，另一塊貼片則是通過直接饋電貼片耦合饋電的。 縫隙耦合可大大拓展微帶天線的帶寬，但是由于縫隙本身往往會產(chǎn)生諧振，會導(dǎo)致后向輻射較大，因此，可在饋線的底部多增加一層反射面，或一個諧振腔，用于減小后向輻射，增加天線的前后比。拓展帶寬的諸多方法中，從本質(zhì)上來說可以分為三類：通過降低諧振器的品質(zhì)因素 Q 來增加帶寬；使用附加的匹配網(wǎng)絡(luò)；以及使用多諧振器的方式。對于一個給定的頻率，介電常數(shù)的降低必然導(dǎo)致天線尺寸的增加，對于需要設(shè)計緊湊的小型天線的設(shè)計者來說，這是不愿 出現(xiàn)的；而且這也會使天線的耦合存在困難，在使用縫隙耦合饋電時，較大尺寸的天線就需要使用相對較寬的縫隙，這會導(dǎo)致后向漏射的增加；如果使用的是探針耦合饋電方式，探針的長度將會增長，從而產(chǎn)生雜波，干擾方向圖。 三、天線單元的饋電方法 天線單元的饋電方法主要分為側(cè)饋、底饋和共面波導(dǎo)饋電 三種方式，如圖 所示。饋電點的位置將決定激勵出哪種模式。缺點是通常需要阻抗匹配電路，這樣就會造成貼片面積變大；微帶饋線與輻射單元處于同 一個平面，微帶饋線本身也會輻射，從而干擾方向圖，減少增益。 這種饋電方式是輻射貼片和接地板在介質(zhì)板的同一側(cè)，中間是輻射單元，兩邊是地板，輻射單元與地板間留有間隙。特別是它可方便地與饋電網(wǎng)絡(luò)和器件集成成塊，與微電子技術(shù)緊密結(jié)合，功能強，已顯示出作為新一代天線形式的巨大活力。而印刷天線的的輻射貼片下方是 沒有地板的，地板僅位于饋線的下方，所以印刷天線都是全向天線，這也是它的最大優(yōu)點。 （ ） 下面通過數(shù)值計算的方法來驗證。向低頻偏移，這是因為隨著長度 L 的增加導(dǎo)致電流路徑的增加，從而降低了天線的諧振頻率。 第四節(jié) 本章小結(jié) 在這一章主要介紹了關(guān)于天線的一些基本電參數(shù)，以及微帶天線的基本理論，最后介紹了印刷單極在天線。因此，該天線在無線多頻帶通信系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。但是天線設(shè)置過程中，一般要求預(yù)留空間中的長，寬，高值在以下范圍：長 (3545毫米 )、寬 (1525毫米 )、高 (68毫米 )。對于天線高度而言，當然是越高的天線其性能越好。如果有攝像頭，應(yīng)該把安裝位置挖空，并盡量做好攝像頭 FPC的屏蔽工作，否則會影響攝像頭接收信號的靈敏度。輻射單元的邊緣設(shè)置并沒有特殊的要求，它既可以超出接地片的邊緣，也可以盡可能的離接地片的邊緣很近。所以，總的來說，我們在設(shè)計過程中，應(yīng)保持天線為一金屬片狀結(jié)構(gòu)，盡量減少其附近有其他物體的存在，并盡量想辦法去避免減小天線寬度。 HFSS 提供了一個簡潔直觀的用戶設(shè)計界面、精確自適應(yīng)的場解器、擁有空前電性能分析能力的功能強大后處理器，能計算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的 S參數(shù)和全波電磁場。 （ 1）仿真模式選擇： HFSS 共有三種 Solution 模式： Driven Modal、DrivenTerminal和 Eigenmode。 （ 3）材料選?。合到y(tǒng)內(nèi)部自帶各種介質(zhì)基片材料，可以從材料庫里選擇需要的材料。邊界條件的設(shè)置和激勵端口的設(shè)置是仿真過程中最難的一步，也是整個仿真中最重要的環(huán)節(jié)，對 仿真結(jié)果起著舉足輕重的作用。 （ 6）仿真結(jié)果處理： HFSS V11 仿真軟件包能夠給出天線各種參數(shù)的仿真結(jié)果和變量掃描分析的結(jié)果。 CST 工作室套裝是面向 3D 電磁場、微波電路和溫度場設(shè)計工程師的一款有效、精確的專業(yè)仿真軟件包，共包含七個工作室子軟件，集成在同一平臺上。 CST 具有強大的天線設(shè)計及后處理的功能，它可以計算天線的頻域參量，如增益、方向性、遠場方向圖、遠場 3D 圖和 3dB 帶寬等。但在天線的設(shè)計過程中，需要反復(fù)調(diào)試天線的各結(jié)構(gòu)參數(shù)，以減小各個參數(shù)對天線的各頻段的影響。在天線的研究設(shè)計過程中通過改變其中對應(yīng)的參數(shù)，較易實現(xiàn)指定的雙 頻段工作。 添加變量及變量數(shù)值：從軟件主菜單選擇命令【 HFSS】 → 【 Design Properties】 從彈出的窗口中點擊【 add】添加變量及數(shù)值，如下圖 。而本次設(shè)計的所需基板為 FR4的介質(zhì)基板。完成后如下圖。 圖 圖 再雙擊操作歷史樹 Patch下的貼邊 tiepianP1,打開連接之后矩形面屬性對話框修改其材料屬性為 Global。 圖 打開新建矩形面材料屬性對話，修改名稱為，材料屬性默認為 Grobal。 圖 設(shè)置邊界條件 （ 1）把輻射貼片 tiepianP1和參考地 GND設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界 選中平面模型 tiepianP1，然后單擊鼠標右鍵，在彈出快捷菜單中選擇【 Assign Boundary】 → 【 Perfect E】命令，打開理想導(dǎo)體邊界條件設(shè)置對話框，如下圖 。在這里首先創(chuàng)建一個長方體模型，長方體的底面和介質(zhì)基片底面距離為 10mm，其他表面和輻射貼片的距離為 1/4個工作波長，然后再把該長方體的表面設(shè)置為輻射邊界。 圖 長方體模型 Airbox創(chuàng)建好了之后，單擊操作歷史樹 Solids節(jié)點下的 Airbox，選中該模型。 單擊操作歷史樹 Sheet節(jié)點下的 Port，選中該端口平面。如下圖 。 設(shè)置完成后，在集總端口激勵的名稱 “1”會添加到工程樹的 Excitation節(jié)點下。如下圖 設(shè)置。 圖 設(shè)計檢查和運行仿真計算 完成模型設(shè)計的前期工作，通常需要進行設(shè)計檢查，確認設(shè)計的完整性和正確性。右鍵單擊工程樹下的 Analysis節(jié)點，在彈出的快捷菜單中選擇【 Analyze All】命令，開始運行仿真計算。即可生成如圖 。然后建立連接 tieoianP2與 GND微帶線，與前面創(chuàng)建微帶線方法相同，創(chuàng)建完成之后如下圖 。同時當我們把參數(shù) L7,取不同值時 ,天線回波損耗的仿真結(jié)果。實測結(jié)果表明，天線模型的回波損耗小于一 10dB的工作頻帶為 —2． 65GHz和 5． 1～ 6． 95GHz，相對帶寬分別為 13． O％和 30． 7％，滿足了 2． 4／ 5． 2／ 5． 8GHzWLAN和 5． 5GHzWiMAx對工作帶寬的基本要求。如圖所示，天線在 2． 45GHz、 5． 5GHz 的峰值增益分別是 2． 27dBi 和 3． 49dBi，帶內(nèi)增益滿足 WLAN 和 WiMAX通信的要求。鑒于上述兩個問題，再結(jié)合目前的發(fā)展現(xiàn)狀，小尺寸，多頻段的天線越來越受國內(nèi)手機廠商的重視，故而本文針對性的設(shè)計了兩款均工作在 GSM900MHz、 DCS1800 MHz 以及 ISM2450MHz三個頻段上的平面倒 F天線。因此，該天線在無線多頻帶通信系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。以后可以在等效電路這一部分進一步研究。 致 謝 歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝！ 感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。 Hong W.。 Suma M. N., et al. Compact dualband antenna for DCS/ WLAN applications[J]. Microwave and Optical Technology Letters, 20xx, 48(5): 856859 [9] Multari M.。