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畢業(yè)設(shè)計-高增益全向天線的設(shè)計-資料下載頁

2024-12-01 21:16本頁面

【導(dǎo)讀】附近且在工作頻率范圍內(nèi)駐波比小于2。課題的主要工作是分析了天線產(chǎn)。的加載大小,實現(xiàn)在水平面方向圖的壓縮。本研究主要采用基于有限積分。耗進(jìn)行研究得到相關(guān)數(shù)據(jù)。在仿真計算的基礎(chǔ)上,構(gòu)建天線的實驗?zāi)P?,性,結(jié)果表現(xiàn)出較好的一致性。設(shè)計過程中還通過軟、硬件相結(jié)合的方法,測量了天線的輻射特性,進(jìn)一步驗證了所設(shè)計天線的高增益性能。

  

【正文】 n=7,保持螺旋高度 c 不變,接地板 R3bubian 得到如下仿真結(jié)果 : 圖 5224 反射參數(shù)圖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計說明書(論文) 36 由 圖可知頻率為 。 圖 5225 仿真結(jié)果圖 天線增益變?yōu)? 保持螺旋圈數(shù)不變,使得 n=5,改變螺旋高度由 c=11 變?yōu)?c=15mm,接地板 R3 保持不變,進(jìn)行仿真 其端口信號如 下所示 圖 5226 波導(dǎo)端口如涉及反射波幅度隨時間的變化 其頻率狀態(tài)如下 : 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計說明書(論文) 37 圖 5227 反射參數(shù)圖 由圖 5227 可知 其頻率為 。 圖 5228 仿真結(jié)果圖 由圖 5228 可知 天線增益為 ,呈現(xiàn)出較高增益,但是頻率不在所需要的范圍之內(nèi)不符合本課題設(shè)計要求。 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。 z=0 位于接地面上表面。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(gòu)建最下南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 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(gòu)建 h1的柱體;構(gòu)建接地面柱體;選中兩個面,采用集中端口,材料全部為 PEC。分析: f=,λ =125mm,λ /2=,λ /4=31; c+2b=61≈λ /2; abch 1圈 數(shù) n, 螺 旋 半 徑R 1 , 導(dǎo) 線 半 徑 r接 地 面 高 h 3 , 半 徑R 3 , 挖 孔 半 徑 R 4xy金 屬 振 子 半 徑 R 2 圖 531 仿真模型天線尺寸 根據(jù)以上理論模型尺寸,建立實物天線模型。 首先,用鉗子從所購買的直徑為 1mm 的純銅絲截取一段,長度為15cm,用鐵鉗等工具將銅絲拉直。根據(jù)先前設(shè)計時所得到的數(shù)據(jù)用直尺量好需要制作線圈的地方(分別為 、 、 ),找一根直徑為 4mm的塑料棍,再將銅絲在所在點沿著塑料棍纏繞 4 周,并且保證垂直方向上總高度為 ,纏繞成的線圈作為饋電結(jié)構(gòu)。繞好 3 次后將最后一段長度測出為 并將多余的部分剪掉。 用電烙鐵將天線焊接在一個具有有 SMA 專用接口(因為測試時的路由器為 SMA 口)的接頭,同時接口上擁有約為 1cm2 的接地板。 做出的天線模型如 圖 532 所示 : 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計說明書(論文) 39 圖 532 高增益全向天線的實物圖 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。只能測網(wǎng)絡(luò)各種參數(shù)的幅值特性者稱為標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀 , 既能測幅值又能測相位者稱為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。 開機(jī)前應(yīng)檢查地線是否連接好 ,再將主機(jī)后板電源開關(guān)搬到開的位置 , 此時抽風(fēng)機(jī)應(yīng)工作 , 顯示器上應(yīng)顯圓圖,為了精確測量及數(shù)據(jù)較 多時要預(yù)熱 20 分鐘 以上。萬一開機(jī)后顯示異常 , 可按“復(fù)位”鍵。關(guān)機(jī)時關(guān)掉主機(jī)后 面的關(guān)閉電源開關(guān)即可。 要注意當(dāng)機(jī)器和電腦連接時,電腦和機(jī)器要同時進(jìn)行開關(guān),否則可能會對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀造成損壞。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計說明書(論文) 40 圖 541 高增益全向天線接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 主菜 單當(dāng)開機(jī)時或按“復(fù)位”鍵后出現(xiàn)的菜單即主菜單 , 左面為一圓圖 , 右面即菜單。 在主菜單下按 ↓ 鍵調(diào)整到起始頻率設(shè)置處設(shè)為 BF=1900MHz, 繼續(xù)按↓ 鍵將增量設(shè)為⊿ F=100MHz, 繼續(xù)按 ↓ 鍵調(diào)整終止頻率 EF =3100MHz(實際設(shè)置時有誤差)。 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目 ++++++++++++++++ 線上為設(shè)置項目 , 線下為執(zhí)行項目 校: 作各項相應(yīng)校正 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計說明書(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。 再次按 ↓ 鍵或復(fù)位鍵使光標(biāo)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。 拿下開路器,在電橋端口接上短路器,按執(zhí)行鍵 。等待畫面變成阻抗圓圖。 接上 50Ω負(fù)載 ,用圓圖看變化趨勢;發(fā)現(xiàn)光標(biāo)在史密斯原圖的正中間,校準(zhǔn)完成。 接上制作的天線,將光標(biāo)調(diào)整至駐波比處,然后按執(zhí)行鍵。 在電腦上打開矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的同步軟件,觀察回?fù)p和駐波比圖,保存名為 ljj 文件。 測試結(jié)果如圖所示 圖 542 高增益全向天線的駐波比和回?fù)p 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計說明書(論文) 42 圖 543 高增益全向天線的 smith 圓圖 在上圖 542 中駐波比的曲線呈不規(guī)則形狀,在頻率 2600z 處駐波比為 滿足設(shè)計要求,在此處的駐波比最小,與仿真時天線模擬的結(jié)果大致相同。 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。并將其放在電腦無線接收器旁; 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 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。觀察得下圖。 可以觀察到數(shù)據(jù)顯示信 號強(qiáng)度達(dá)到了 12dBm 左右。 將天線放置在無線接收器的上端,得 下 圖; 觀察此時的信號強(qiáng)度為 44dBm。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計說明書(論文) 44 由上面兩張圖可以得知:該天線的主要輻射方向是在與天線處于同一平面的水平面上,在其他方向上的輻射較低,與設(shè)計和仿真時要求相符 。 將另一根長度為 的普通天線接在無線路由上并將其放在電腦無線接收器旁; 圖 545 普通天線接路由器 根據(jù) WirelessMon 顯示可以得下圖。 此時天線輻射的強(qiáng)度為 50dBm。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計說明書(論文) 45 與第一幅圖比較可以很明顯的看到增益上的差距。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(qiáng)很多。 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(dá)到仿真時天線的要求。 仿真時的接地面是用軟件制作的網(wǎng)狀接地板(由于 CST 自帶的 實心 接地板不能有效地仿真),而測量的時候的接地板是實心的。 測量時儀器 使用及人為其他 方面誤差。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計說明書(論文) 46 第 6 章 總結(jié)與展望 隨著現(xiàn)代通信技術(shù)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(jìn)更使這一 研究成為當(dāng)前的前沿課題之一。 本文主要研究了 高增益全向天線 的制作與分析,整個內(nèi)容如下 : 首先, 作者介紹了 高增益線 全向天線 研究的背景與意義,在此背景下, 介紹了天線的一些基礎(chǔ)知識,包括天線的帶寬、方向圖、駐波比、增益和極化特性,并介紹了陣列的相關(guān)知識,包括陣列的原理和陣列的分類。 然后,通過仿真軟件 CST 設(shè)計 和仿真了一根 高增益全向 天線,并且針對天線性能相關(guān)的因素仿真了一系列其他類型的天線,再進(jìn)行比較研究得出結(jié)論。 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,同時制作 一根長度相同的普通天線 。使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和WirelessMon 軟硬件結(jié)合的方式來對制作的天線進(jìn)行測試,將結(jié)果與普通天線及模擬結(jié)果比較,得出結(jié)論,并進(jìn)行了誤差分析。 回顧整個研究過程,我體會到,雖然新型天線結(jié)構(gòu)層出不窮,但其設(shè)計基本原理仍然要回歸到最基礎(chǔ)和最直觀的層面。我從中學(xué)習(xí)到許多與天線相關(guān)的知識,同時我也學(xué)會了如何使用 CST、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等軟件 和工具。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計說明書(論文) 47 致 謝 本 課題 研究及學(xué)位論文是在 知道老師王琪 的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。 在畢業(yè)設(shè)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。 從尊敬的王 琪導(dǎo)師身上,我不僅學(xué)到寬廣的專業(yè)知識,還讓我懂得做科學(xué)研究要 兢兢業(yè)業(yè) 一絲不茍,不能有半點馬虎。在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中使我受益匪淺 。 在此謹(jǐn)向王琪 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 除此之外, 感謝 跟我 在 同一個小組做畢業(yè)設(shè)計的 趙呈昊 , 潘雨濛, 蘇俊峰, 程建宇 等 同學(xué) 。 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很多 寶貴 的意見,并給了我 在課題設(shè)計上的 許多的 啟發(fā) ,直 至本文的順利完成。 同時 感謝 通信 學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師 熱情關(guān)心和幫助。 在論文即將完成之際,我的心情 異常激動 , 之前的付出在這一刻開花結(jié)果。 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(xué)業(yè)。 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 [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 [J].微波學(xué)報 . 2021, 25(4): 6365 B, Bertel modular coaxial colinear antenna[C]. 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