【正文】 ..... 16 全向天線 ........................................................................... 16 高增益天線 ........................................................................ 17 第 4 章 有限積分法與 CST 仿真技術(shù) ................................................... 18 有限積分法介紹 ......................................................................... 18 場域離散化 ........................................................................ 18 方程離散化 ........................................................................ 18 CST 仿真軟件介紹 ...................................................................... 20 第 5 章 高增益全向天線的設(shè)計(jì)與研究 ................................................. 21 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 4 高增益全向天線的設(shè)計(jì) .............................................................. 21 CST 仿真技術(shù)在高增益全向天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ........................... 21 螺旋電感線圈的構(gòu)建 ......................................................... 21 普通單極子模型的構(gòu)建和研究 ............................................ 23 用 CST 構(gòu)建高增益全向天線模型 ....................................... 24 仿真結(jié)果的處理分析 ................................................................ 27 高增益全向天線的制作與測試 ................................................... 37 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校正與測試過程 ............................................ 39 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的簡介 ....................................................... 39 WirelessMon 軟件的測量結(jié)果 ...................................................... 42 誤差分析 .................................................................................... 45 第 6 章 總結(jié)與展望 .............................................................................. 46 致 謝 .................................................................................................. 47 參考文獻(xiàn) ................................................................................................ 48 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 5 第 1 章 緒論 選題背景及意義 天線是 無線通訊的 前端 發(fā)射和接收 裝置 ， 其性能 影響 著 電波信號(hào)的 傳輸效果。因此，要與無線電設(shè)備發(fā)展相適應(yīng)高增益線天線陣列的研究日益活躍 [2]。天線陣的形式 多種 多樣 ，根據(jù)單元的排列形式有線陣和平面陣。 第 2 章， 基本理論 ： 介紹了天線的基本參數(shù)，天線陣列的相關(guān)知識(shí) 第 3 章 ， 高增益全向天線的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方式，單極子天線和螺旋加載天線的特點(diǎn)。當(dāng)工作頻率變化時(shí)，天線的有關(guān)參數(shù)變化的程度在所允許的范圍內(nèi)，此時(shí)對應(yīng)的頻率范圍稱之為頻帶寬度。 在 實(shí)際 應(yīng)用中通常采 用功率通量密度或 者 場強(qiáng)的歸一值 來 表示方向圖，稱 之 為歸一化方向圖。在方向圖中，包含所需最大輻射方向的輻射波瓣叫 做 天線 的主波瓣，也稱為天線波束。在 駐波管法 中，測得駐波比，就可以求出吸聲材料的聲 反射系數(shù) 和吸聲系數(shù)。 天線增益 用來衡量天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號(hào)的能力，它是 描述 天線 性能 重要的參數(shù)。對于直立全向天線，有近似計(jì)算式 0( ) 10 lg[ 2 / ]G dBi L ?? () 式中， L 為天線長度； λ0 為中心工作波 極化特性 極化特性是指天線在主輻射方向遠(yuǎn)距離點(diǎn)上所觀察到的輻射平面波的極化特性。水 平平面的半功率角（ HPlane Half Power beamwidth） :(45176。構(gòu)成天線陣的天線輻射單元稱為陣元。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 12 天線陣列的分類 天線陣列也可以按照天線元的連接方式分類。 直排陣列天線安裝時(shí)，通常是主軸垂直放置。直排陣列是垂直極化天線，而垂射陣列是水平極化的。平行饋線與天線的窄端相連，功率可由交叉連接的網(wǎng)絡(luò)饋電到其他偶極天線。 圖 31 無限大理想導(dǎo)電平面接地直立單極天線 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 15 如果天線電流是與天線中連續(xù)分布的軸向電場強(qiáng)度成比例，則稱這種天線為串聯(lián)型分布加載天線，一個(gè)最簡單的 實(shí)例 就是由電阻棒做成的天線， 比如 在介質(zhì)棒上敷 上 一層 特定 厚度的碳膜，讓天線 的 內(nèi)阻抗按 照特定 的 函數(shù)分布，盡可能的使天線上全部呈 現(xiàn) 行波電流分布，這種天線有著比較寬得阻抗帶寬 。 為實(shí)現(xiàn)上述要求，可 以在天線中引入電阻將反射波吸收，這樣的加載天線可以集中加載，也可以分布加載。除專門的電感線圈（色碼電感）外，電感量一般不會(huì)專門標(biāo)注在線圈上，而以特定的名稱標(biāo)注。都均勻輻射，也就是 我們 平常所說的無 方向性 天線 ，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。 有限積分法介紹 對 于數(shù)值分析 ,應(yīng)包括場域離散化和描寫物理問題的數(shù)學(xué)方程離散化兩個(gè)方面。圖 411(a)所示為通常的階梯近似 , 我們可以看到其精度很差。 由于方程 (1)右端也包含有矢量點(diǎn)積，同處理左端一樣，我們也用與面元平行的 B 的分量來表示它，將 (7)式應(yīng)用于右端，得 ： 240 0 ( )cellB d A Bt? ? ? ? ???? (8) 由 式 (6)和式 (8)式得 圖 一維線積分?jǐn)?shù)值近似 圖 單一網(wǎng)格單元及場量分布 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 20 221 2 3 4 0( ) 0 ( )E E E E B? ? ? ? ? ? ? ? ? (9) 這樣，我們就在一個(gè)網(wǎng)格上完成了對方程 (1)的離散。并制作了高增益全向天線的實(shí)物模型，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)測天線的回波損耗與駐波比，結(jié)合軟件仿真結(jié)果，進(jìn)一步的研究了個(gè)性能參數(shù)對高增益全向天線的影響。點(diǎn) ok 就完成了電感的建立如圖 524： 圖 524 螺旋電感模型 普通單極子模型的構(gòu)建和研究 通單極子天線模型如圖 525 所示，其總長度為 145mm 對普單極子天線進(jìn)行仿真，其阻抗特性如 圖 526 所示 ： 圖 525 單極子天線模型 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 24 由于單極子 天線的總長度為 145mm，根據(jù)天線 長度為四分之一波長的整數(shù)倍，在 左右的地方出現(xiàn)峰值， 526 顯示的是單極子天線的 S11圖， S11是網(wǎng)絡(luò)一號(hào)端口的反射系數(shù)，反射系數(shù)是入射電壓和反射電壓的比值，與反射系數(shù)所反映的內(nèi)容相當(dāng)?shù)氖腔夭〒p耗，回波損耗是入射功率與反射功率之間的比值。將 Raster Width 和 Snap width 分別設(shè)置為 10 和 ，以得到一個(gè)合適 的柵格間距，并點(diǎn)擊 OK 按鈕確認(rèn)。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 28 圖 5211 波導(dǎo)端口對話框 定義頻率范圍 頻率 范圍必須仔細(xì)考慮，對 CST 微波工作室的瞬態(tài)求解器來說，頻率范圍設(shè)置的太小，性能反而會(huì)降低。反射波為 o1， 1。頻率從 變?yōu)?。 由 以上仿真結(jié)果可知。 高增益全向天線的制作與測試 高增益全向天線的制作過程如下： 以上仿真過程的 原天線尺寸 a=26， b=25， c=11， n=5， h1=64， h2=3，h3=3， r=， R1=， R2=2， R3=10， R4=，單位 mm。 做出的天線模型如 圖 532 所示 ： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 39 圖 532 高增益全向天線的實(shí)物圖 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校正與測試過程 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的簡介 本儀器能測單或兩端口網(wǎng)絡(luò)的各種參數(shù) , 故名網(wǎng)絡(luò)分析儀。 菜單如下 : 注釋 頻域 當(dāng)前為頻域 表示當(dāng)前最小頻距 BF ： 起始頻率 (Beginning Frequency) F? ： 頻距 (頻率增量或步長 ) EF ： 終止頻率 (Ending Frequency) N ： 測試點(diǎn)數(shù)（不直接受控） M ： 選常規(guī)或精測 (精測精度高、但速度慢 ) 測： A B 選定各輸入口的測試項(xiàng)目 ++++++++++++++++ 線上為設(shè)置項(xiàng)目 , 線下為執(zhí)行項(xiàng)目 校： 作各項(xiàng)相應(yīng)校正 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 41 在 主菜單下按 ↓ 鍵將光標(biāo)移到測 :XX 處 , 按 → 或 ← 鍵使其為回?fù)p。 WirelessMon 軟件的測量結(jié)果 將無線路由器上的天線卸下，裝上制作的陣列天線。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 45 與第一幅圖比較可以很明顯的看到增益上的差距。 最后，根據(jù)軟件仿真所得天線的相關(guān)數(shù)據(jù)（如長度等），制 作一根相同的天線，同時(shí)制作 一根長度相同的普通天線 。 在此謹(jǐn)向王琪 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝 ！ * * * 2021 年 6 月 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書（論文） 48 參考文獻(xiàn) ,馮建杰 ,王忍 ,周軍 .一種寬帶高增益全向天線的設(shè)計(jì) [J].遙測遙控 .2021， 33(2)： 1518 .天線與電波傳播（第二版）學(xué)習(xí)指導(dǎo) [M]. 西安電子科技大學(xué)出社 .2021 ,劉元云 ,玄曉波 ,王月娟 .一種新型全向高增益天線設(shè)計(jì) [J].微波學(xué)報(bào) . 2021， 25(4)： 6365 B， Bertel modular coaxial colinear antenna[C]. Sixth International Conference on HF Radio System s and Techniqu