【正文】 南京工程學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 46 第 6 章 總結與展望 隨著現(xiàn)代通信技術的不斷發(fā)展，對 陣列天線的研究已經(jīng) 成為一個重要課題 而陣列式天線的飛速邁進更使這一 研究成為當前的前沿課題之一。 在畢業(yè)設計的完成過程中遇到很多困難，由于剛開始接觸仿真軟件 CST，對仿真軟件的界面跟一些功能都不是很熟悉，繪制模型的時候不能很好的完成，王琪老師耐心的幫我一一解決。 在此 我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，是你們一直默默地給與我理解與支持，給與我勇敢面對困難的勇氣和力量，讓我能夠順利地完成學業(yè)。 除此之外， 感謝 跟我 在 同一個小組做畢業(yè)設計的 趙呈昊 ， 潘雨濛， 蘇俊峰， 程建宇 等 同學 。使用矢量網(wǎng)絡分析儀和WirelessMon 軟硬件結合的方式來對制作的天線進行測試，將結果與普通天線及模擬結果比較，得出結論，并進行了誤差分析。在 相同情況下，說明高增益全向天線要比一般天線的信號要強很多。并將其放在電腦無線接收器旁； 南京工程學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 43 圖 544 高增益全向天線接路由器 在電腦上打開 WirelessMon 軟件。 再次按 ↓ 鍵或復位鍵使光標停在校 : 開路下，在電橋上端接上開路器再按執(zhí)行鍵 , 此時顯示器右下角頻率在變動 , 直到出現(xiàn)校 : 短路字樣。只能測網(wǎng)絡各種參數(shù)的幅值特性者稱為標量網(wǎng)絡分析儀 , 既能測幅值又能測相位者稱為矢量網(wǎng)絡分析儀。 z=0 位于接地面上表面。當保持螺旋高度 c=11 不變，螺旋圈數(shù)由 n=5 變?yōu)?n=3 時最為符合本課題設計所要求。 南京工程學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 33 圖 5219 仿真結果圖 由圖 5214 可知此時 天線的增益為 。 S 參量 圖 5214 反射參數(shù)圖 天線的主要結果之一是 S11，這通過 導航樹文件夾 1D Results— |S|dB就可看到。在瞬態(tài)仿真時盡量使用較大的帶寬（ 20%~100%）在本設計中，我們見計算頻率從 1~3Ghz 的 S 參量。 繪制仿真模型：在本文中，要利用 CST 仿真軟件繪制高增益全向天線的尺寸模型為 a=26， b=25， c=11， n=5， h1=64， h2=3， r=， R1=，R2=2， R3=10， R4=，單位 mm（由以上的仿真模板以定義）。天線測量的另一個重要數(shù)據(jù)是電壓駐波比，它是波腹電壓與波節(jié)電壓的比值，實際上電壓駐波比被認為是反射系數(shù)的另一種表達式。 高增益全向天線的設計 本天線是先通過仿真軟件 CST 來模擬設計的。將上述過程作用于所有網(wǎng)格，就會得到一組離散的，位于網(wǎng)格一定位置的 E 和 B 的不同分量，也就是說連續(xù)的場 E 和 B 被一很大維數(shù)的包含場分量的列矢量所替代。圖 411(b)所示為定步長矩形網(wǎng)格結合三角網(wǎng)格的模擬 , 其精度明顯好于圖 411(a)。場域離散化應包括網(wǎng)格的劃分、編號及不同介質(zhì)交界面的處理 。全向天線在 移動通信系 統(tǒng) 中一般應用與南京工程學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 17 郊縣 大區(qū)制的站型，覆蓋范圍大 。 感抗 XL 交流電 也可以通過線圈，但是線圈的電感對交流電有阻礙作用，這個阻礙叫做 感抗 XL，單位是歐姆。 電感 在電路中，當電流流過導體時 ，會產(chǎn)生電磁場，電磁場的大小除以電流的大小就是電感。 如果天線上某兩點間的電壓與此兩點間的電流成正比，而且當這兩點無限靠近時，該電壓仍保持為有限值，則此兩點間必存在一個集中的加載元件，稱此天線為串聯(lián)型集中加載天線。 南京工程學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 14 第 3 章 高增益全向天線的特點和實現(xiàn)方式 單極子天線，偶極子天線 偶極天線和單極天線是天線技術中應用最廣泛的天線，在通信、廣播、電視、 導航 、 雷達 、遙測 以及 遙感等工程系統(tǒng)中均有應用。 （ 3）端射陣列 以偶極子天線為例，將上述垂射陣列中各相鄰天線元的饋線交叉連接改為平行連接，使得與每個天線元前后相鄰的兩個天線的相位差為 180 度，因此來自一個天線元的輻射在垂射方向上與相鄰的輻射抵消，在離開天線南京工程學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 13 端點的方向上，來自天線 元的所有輻射將疊加起來。它們在水平方向上是全方向性的，但是在垂直平面內(nèi)的輻射角較小。相控陣的所有元都連接到饋 線，對于單個天線元，還有相位偏移、功率分配和阻抗匹配等問題，但是他們都接收來自于饋線的功率（假設為發(fā)射天線）。 天線陣的工作原理可以看成是電磁波（電磁場）的疊加。 ,60176。接收天線的極化特性與它用作發(fā)射天線時的極化特性相同。 它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。 11RkSWR rk???? （ ） 反射系數(shù) Rrk Rr?? ? （ ） 式中 R 和 r 分別是輸出阻抗和輸入阻抗。主瓣之外的波瓣叫 做 副瓣或邊瓣，與主瓣 方向相反 的旁瓣叫后瓣。方向圖也 可以用分貝 來 表示，稱 之 為分貝方向圖。根據(jù)天線設備系統(tǒng)的工作場合不同，影響天線頻帶寬度的主要性能參數(shù)也不同。 第 4 章，有限積分法的主要計算方法和 CST 進行天線仿真 模型的構建以及計算并通過實物模型的制作 并結合軟硬件測試自制 天線的實際結果。 天線陣列 廣泛的 被應用于雷達 和 軍事 等領域 ， 其主要功能是 用來完成南京工程學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 6 空間濾波和定位。 天線的主要功能： 該 能將導波能量 最大化 地轉(zhuǎn) 為 成電磁波能量。 凡是無線 通信系統(tǒng) ，例如電視、 廣播、雷達、 GPS 導航 等都 需要天線 ，因此， 天線在無線通訊 系統(tǒng)的設計 中 具 有 十分 重要的地位。 南 京 工 程 學 院 畢業(yè)設計說明書 (論文 ) 作 者： * * * 學 號： * * * 系 部： 通信工程學院 專 業(yè)： 通信工程 題 目： 高增益全向天線的設計 指導者： * * * 教授 評閱者： * * * 講師 2021 年 6 月 南 京 Design on the Highgain Omnidirectional Antennas A Dissertation Submitted to Nanjing Institute of Technology For the Academic Degree of Bachelor of Science By Jianjun Lu Supervised by Prof. Qi Wang College of Communication Engineering Nanjing Institute of Technology June 2021 南京工程學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 1 摘 要 本課題設計和研究了一種高增益全向天線，天線采用分段線結構，并用電感線圈進行加載，有效增益 達到 7dB 左右， 可工作在頻率為 附近且 在工作頻率范圍內(nèi)駐波比小于 2。一個結構合 理，性能優(yōu)良的 高增益 天線系統(tǒng)可以最大限度地降低對整個無線系統(tǒng)的要求， 能 節(jié)約系統(tǒng)成本， 又 可以提高整個無線系統(tǒng)的性能。 為了滿足這個條件就要 要求天線是一個良好的電磁開放系統(tǒng)， 還 要求天線與發(fā)射機或接收機 相 匹配。自適應天線陣 列 是在自適應濾波和陣列信號處理技術的基礎上發(fā)展起來的。分析了影響高增益天線性能的主要參數(shù)，并作出誤差分析。 相對帶寬： 相對帶寬是指 天線的絕對帶寬與 其 工作頻帶內(nèi)的中心頻率 f的比值 。天線方向圖是空間立體圖形，但通常是用兩個互相垂直的主平面內(nèi)的方向圖表示，稱為平面方向圖。（如圖 ）全向天線水平波瓣和垂直波瓣圖，其天線外形為圓柱型；（如圖 ）定向天線水平波瓣和垂直波瓣圖，其天線外形為板狀。當兩個阻抗數(shù)值一樣時，即達到完全匹配，反射系數(shù) K 等于 0，駐波比為 1。增益顯然與天線方向圖有密切的關系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 為了獲得最大傳輸功率，發(fā)射天線與接收天線的極化特性應該一致，如果發(fā)射天線和接收天線的極化特性不一致，傳輸效率就會降低，這稱為極化失配 。 ,90176。對幾列電磁波來講，當它們傳到同一區(qū)域時，按照疊加原理，電磁波將產(chǎn)生矢量疊加。由于發(fā)射機提供了用于 “驅(qū)動 ”各個天線元的功率，因此這種天線也叫 “ 被驅(qū)動陣列 ” 。因此，它們適合制作很好的移動無線系統(tǒng)基站天線。這種天線安裝一般使其主軸水平，并使其輻射處于一個方向上。從使用波段而言， 這些 被廣泛的 應 用于從長波 到 微波波段， 可以作為獨立的天線來進行工作 ， 也 可作為 一個 天線陣的 獨立 陣元，還可以作 為 某些天線的部分結構，從結構上 來講 他們是 比較簡單而且易于實現(xiàn)。例如在線天線的兩個導線間插入集中的電阻、電感或電容等。 它是衡量線圈產(chǎn)生電磁感應能力的物理量。 感抗 XL、 電感量 L以及 交流電頻率 f之 的關系為XL=2π fL 品質(zhì)因 數(shù) Q 品質(zhì)因素 Q是 表示線圈質(zhì)量的一個物理量， Q為感抗 XL與其等效的電阻的比值，即： Q=XL/R。 高增益天線 高增益天線 (英文： High gain antenna）相對來說是輻射方向上更加狹窄，在某些方向上的輻射較為集中，故能量集中到某些方向上去了，故體現(xiàn)為某些方向上的增益。 方程離散化就是如何將連續(xù)的微分或積分方程化為用網(wǎng)格點上的場值表示的離散方程。圖 411(c)為變步長矩形網(wǎng)格 結合三角亞元的模擬 , 由圖可見它用更少的網(wǎng)格數(shù)就可獲得比前兩種方法更高的精度。 CST 仿真軟件介紹 電磁仿真軟件的理論依據(jù)是數(shù)值法，現(xiàn)在主流的數(shù)值法以有限元法(FEM)、有限積分法 (FIT)和時域有限差分法 (FDTD)這三種算法為代表 ,其中有限積分法對應的電磁仿真平臺為 CST MICROWAVE STUDIO（簡稱 CST MWS，中文名稱 “CST 微波工作室 ” ） 是 一款最有效、最精確的專業(yè)仿真軟件包，包含七個工作室子軟件，集成在同一平臺上 。根據(jù)天線陣列的知識，制作一根具有垂直 三 元陣的天線 ， 天線采用分段線結構，并用電感線圈進行加載。 單極天線的一個很大的缺點是效率很低，大約只有百分之幾甚至千分之幾，在單極天線上某點接入一定大小的感抗之后，可以抵消一部分該點以上線段在這一點所呈 現(xiàn)的容抗，從而使加載點以下的電流加大，天線的輻射功率也得到加強。 Z=0 位于接地面上表面。 定義求解器參數(shù)并開始計算 選擇主菜單 solverTransient Solver 或點擊相應的工具欄圖標 ，可打開求解器控制對話框，在此定義求解器參數(shù) 。 圖 5214 顯示的就是反射參數(shù) ，有圖可知 此時頻率為 ； 2D和 3D 結果（端口模式及遠場監(jiān)視器） 定義遠場監(jiān)視器 除 S 矢量之外，在給定頻率的遠場分布是天線的主要結果。 再次改變接地板的大小使 R3=30mm 并進行仿真得出如下結果。由于 本課題要求采用銅導線 和加載技術設計一個具有垂直極化的全向輻射天線，能夠工作在 頻率范圍。建模步驟：根據(jù) c 和 n 由下面的程序畫上下帶有直線段的螺旋，螺旋的起點位于 (R1,0,0)；平移螺旋到 x=0，再向上平移 h2+a；構建最下南京工程學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 38 端的振子柱體；將振子柱體與螺旋合并到一起 copy 移動兩次；構建 h1的柱體；構建接地面柱體；選中兩個面，采用集中端口，材料全部為 PEC。 開機前應檢查地線是否連接好 ,再將主機后板電源開關搬到開的位置 , 此時抽風機應工作 , 顯示器上應顯圓圖，為了精確測量及數(shù)據(jù)較 多時要預熱 20 分鐘 以上。 拿下開路器，在電橋端口接上短路器，按執(zhí)行鍵 。觀察得下圖。 誤差分析 由于在制作天線模型過程中都是手工制作，在尺寸和繞彎時存在很多誤差，并不能十分精確地達到仿真時天線的要求。 回顧整個研究過程，我體會到，雖然新型天線結構層出不窮，但其設計基本原理仍然要回歸到最基礎和最直觀的層面。 正是由于你 們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑， 并 在我的論文寫作過程中提出了