【正文】 從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯 的謝意 ! 最后我還要感謝電子工程學(xué)院和我的母校四年來(lái)對(duì)我的栽培。開(kāi)始就要學(xué)習(xí)眾多以前 未 接觸過(guò)的知識(shí)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)只要把握住每個(gè)小課設(shè)的精華、環(huán)環(huán)緊扣，那么這次的任務(wù)也就不難了。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我選 擇的課題是與通信專業(yè)更為靠近的課題，我此次的設(shè)計(jì)題目為半波偶極子天線的設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn) 27 參考文獻(xiàn) [1]呂 鋒 ,徐宇白 .偶極子 RFID 標(biāo)簽天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究 .武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào) 信息與管理工程版 第 31卷 第 3期 .武漢 :武漢理工大學(xué) ,2020. [2]章文勛 .天線 [M] 3 版 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,2020:2531. [3]方大綱 .天線理論與微帶天線 [M].北京 :科學(xué)出版社 ,2020:2123. [4]馬小玲 ,丁丁 .寬頻帶微帶天線技術(shù)及其應(yīng)用 [M].北京 :人民郵電出版社 , 2020: 18. [5]李明洋 ,劉敏 .HFSS 天線設(shè)計(jì) .北京 :電子工業(yè)出版社， 2020:1108. [6]李明洋 ,劉敏 .HFSS 電磁仿真設(shè)計(jì)從入門到精通 .北京 :人民郵電出版社 ,2020:1200. [7]謝擁軍 ,劉瑩等 .HFSS 原理與工程應(yīng)用 .北京 :科學(xué)出版社 ,2020:155. [8] 楊儒貴 .電 磁 場(chǎng)與 電 磁波 （ 第 2 版） .北京 :高等 教 育出 版社 ,2020:156206. [9]賴曉錚 ,賴聲禮等 .偶極子 RFID 標(biāo)簽天線研究 . 華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)報(bào) 第 6 卷 第 14 期 科學(xué)技術(shù)與工程 ,2020. [10]陳華君 ,林 凡等 .RFID 技術(shù)原理及其射頻天線設(shè)計(jì) . 廈門大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ) 第 44 卷 增刊 ,廈門 :廈門大學(xué) . [11]李秀萍 ,劉 禹等 .北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)第 29 卷第 5期 ,2020. [12]THOMAS （米利根） .現(xiàn)代天線設(shè)計(jì)（第 2 版） .北京 :電子工業(yè)出版社， 2020. [13]（美）克勞斯，（美）馬赫夫克 .天線（第三版） .北京 :電子工業(yè)出版社 ,2020. [14] 朱崇燦 ,黃景熙等 .天線 [M].武漢 :武漢大學(xué)出版社 ,. [15] [美 ]鮑爾 I J,布哈蒂亞 P等 .微帶天線 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,1984. [16] 陳玉春 .實(shí)用天線設(shè)計(jì)與制作 .北京 :電子工業(yè)出版社 , . 致 謝 28 致 謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，我要感謝我的教授，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo) ,經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥 ,再經(jīng)我自己的思考后的領(lǐng)悟 ,常常讓我感受到解決問(wèn)題的快樂(lè)。天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊，并且可以通過(guò)改變天線某部分的尺寸來(lái)得到不同頻率 的諧振，使天線工作于不同頻帶，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。 通過(guò)理論分析和仿真軟件 HFSS 設(shè)計(jì)仿真，得到符合要求的半波偶極子天線。 中心頻率為 3GHz 的半波偶極子天線。 根據(jù)軟件設(shè)計(jì)結(jié)果完成 了半波偶極子天線 實(shí)物 的制作 。 則生成如圖 420 三維增益方向圖。則生成如圖 419 所示 xy 面增益方向圖。 圖 417 定義輻射表面 ② 查看 xz面的增益方向圖：右鍵“ Results”節(jié)點(diǎn)，選擇 【 Create Far Fields Report】 → 【 Radiation Pattern】 ，選擇輻射表面“ E_Plane”，在“ Primary Sweep”中選擇“ Theta”，在“ Category”中選擇“ Gain”，在“ Quantity”中選擇“ GainTotal”，在“ Function”中選擇“ dB” ， 然后單擊 Done 按鈕，再點(diǎn)擊 Add Trace 按鈕即可生成如圖 418所示的 xz 的增益方向圖。 從結(jié)果報(bào)告中可知，輸入阻抗為（ ， ）Ω，與前面的理論分析結(jié)論相符。VSWR2 的頻率范圍約為 ～ 。選擇【 Create Modal Solution Data Report】→【 Smith Chart】命令，打開(kāi)報(bào)告設(shè)置對(duì)話框，在該對(duì)話框左側(cè)的 Solution 下拉列表中選擇Setup1:Sweep1,在 然后單擊 Done 按鈕，再點(diǎn)擊 Add Trace 按鈕即可生成如圖 415所示的在 ～ 頻段內(nèi)的 的 Smith 圓圖顯示結(jié)果。然后單擊 Done 按鈕，再點(diǎn)擊 Add Trace 按鈕即可生成如圖414所示生成天線的電壓駐波比分析結(jié)果。 圖 410 求解設(shè)置 圖 411 掃頻設(shè)置 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 413 的掃頻分析結(jié)果 ? 電壓駐波比 VSWR:查看天線電壓駐波比的操作和查看回波損耗 S11的操作相似。 圖 412 設(shè)計(jì)檢查結(jié)果對(duì)話框 ? 回波損耗 S11：右鍵單擊“ Results”節(jié)點(diǎn)，選擇【 Create Modal Solution Data Report】→【 Rectangular Plot】 ,選擇 S（ 1,1），然后單擊 Done 按鈕，再點(diǎn)擊Add Trace 按鈕即可生成如圖 413所示在 ～ 頻段內(nèi)的回波損耗的分析結(jié)果。如圖 412所示。若打開(kāi)的對(duì)話框中的每一項(xiàng)前面都顯示對(duì)勾，表示當(dāng)前的設(shè)計(jì)正確且完整。 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真計(jì)算 在運(yùn)行仿真計(jì)算之前，通常需要進(jìn)行設(shè)計(jì)檢查，檢查設(shè)計(jì)的完整性和正確性。設(shè)置完成后，該掃頻設(shè)置項(xiàng)的名稱 Sweep1 會(huì)添加到工程的求解設(shè)置項(xiàng) Setup1 節(jié)點(diǎn)下。設(shè)置完成后，求解設(shè)置項(xiàng)的名稱 Setup1 會(huì)添加到工程樹 Analysis 節(jié)點(diǎn)下。 ? 求解頻率和網(wǎng)格剖分設(shè)置：?jiǎn)螕?Analysis 節(jié)點(diǎn)，選擇【 Add Solution Setup】。） 圖 47 集總端口設(shè)置對(duì)話框 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 48 Attribute選項(xiàng)卡 圖 49 Command選項(xiàng)卡 求解設(shè)置 分析半波偶極子天線的回波損耗和電壓駐波比，可將求解頻率設(shè)置為 3GHz。 ? 將 Advanced Options 打勾，然后選擇“ Radiating Only” 。圓柱體的圓 心坐標(biāo)為 （ 0，0， rad_height） ，半徑為 rad_radius，高度為 2*rad_height，如圖 49所示。自動(dòng)返回到集總端口設(shè)置對(duì)話框，單擊“下一步”，在對(duì)話框中選中“ Do Not Renormalize”，完成設(shè)置。因此如圖 47 所示設(shè)置數(shù)值，接著選擇 New Line 選項(xiàng)，此時(shí)會(huì)進(jìn)入三維模型進(jìn)行端口積分設(shè)置。 ? 設(shè)置該矩形面的激勵(lì)方式為集總端口激勵(lì)：選中該矩形面，單擊右鍵，選擇 【 Assign Excitation】 → 【 Lumped Port】 ，打開(kāi)集總端口設(shè)置對(duì)話框。在 Position 文本框中輸入頂點(diǎn)坐標(biāo)為 （ 0， dip_radius,gap/2） ,在 YSize 和 ZSize 文本框中分別輸入矩形面的長(zhǎng)和寬為 2 dip_radius 和 gap,如圖 46 所示。新建的矩形面會(huì)添加到操作歷史樹的 Sheets 節(jié)點(diǎn)下，把矩形面的名稱設(shè)置為 “Port”，如圖 45所示。 （ 2）設(shè)置端口激勵(lì) ? 把當(dāng)前工作平面設(shè)置為 yz 平面：在工具欄上的“ XY”下拉列表框中選擇“ YZ”。 【 Edit】 →【 Duplicate】 → 【 Around Axis】 ，將 框中 Axis 選擇 X，在 Angle 輸入 180，點(diǎn)擊 OK 按鈕。在 Center Position 文本框中輸入圓心坐標(biāo)為 （ 0， dip_radius,gap/2） ，在 Radius 文本框中輸入 dip_radius，在 Height 文本框中輸入長(zhǎng)度值 dip_length，最后單擊確定按鈕退出。 ? 雙擊 “CreateCylinder”節(jié)點(diǎn)，打開(kāi) “Command”選項(xiàng)卡，設(shè)置圓柱體的底面圓心坐標(biāo)、半徑和長(zhǎng)度。 設(shè)計(jì)建模 （ 1）創(chuàng)建偶極子天線模型 ? 選擇 【 Draw】 → 【 Cylinder】 ，在三維模型窗口中創(chuàng)建一個(gè)任意大小的圓柱體，新建的圓柱體會(huì)添加到操作歷史樹的 Solids 節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱為Cylinder1。在 Add Property 對(duì)話框中 Name 文本框中輸入第一個(gè)變量的名稱lambda，在 Value 文本框中輸入該變量的初始值 100mm，然后單擊 OK 按鈕，添天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 加變量 lambda 到設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框中。 （ 3） 設(shè)置模型長(zhǎng)度單位 【 Units】 為“ mm” （毫米），完成設(shè)置。 圖 42 變量實(shí)際數(shù)值 HFSS 仿真設(shè)計(jì) 新建設(shè)計(jì)工程 （ 1） 新建工程文件，把工程文件存為 文件。變量名稱以及對(duì)應(yīng)的天線結(jié)構(gòu)尺寸如表 41 所示。天線沿 z軸放置，中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)。因此，輻射邊界和天線的距離就設(shè)為 。輻射邊界和天線的距離設(shè)置，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)輻射邊界和偶極子天線之間的距離大于 時(shí)，回波損耗 分析結(jié)果一致，沒(méi)有什么變化。本設(shè)計(jì)天線在模型內(nèi)部的饋電面的激勵(lì)方式，因此采用集總端口激勵(lì)方式。天線的總長(zhǎng)度按照半波偶極子天線的原理為 L=λ ?2，但實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)情況下都要適當(dāng)縮短長(zhǎng)度，目的就是我前面說(shuō)的，實(shí)現(xiàn)諧振使輸入阻抗接近純電阻，經(jīng)仿真經(jīng)驗(yàn)得出，很多時(shí)候都是用其波長(zhǎng)的 ，當(dāng)然 、 都可以的，但本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)多次仿真，確定值為 時(shí)仿真值最準(zhǔn)確。由此可知工作波長(zhǎng)應(yīng)設(shè)為 100mm。對(duì)于良導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，導(dǎo)體電阻是可以忽略的，此時(shí)實(shí)部電阻僅有輻射電阻，即是： (324) 由此可知，對(duì)于半波偶極子天線而言，虛部電抗 ，輸入阻抗可近似為： （ 325） 可見(jiàn)，半波偶極子天線的輸入阻抗是純電阻，易于和饋線匹配，這也是它被較多采用的原因之一。 由式（ 312），（ 313）經(jīng)整理可得： (315) 式中， (316) 稱為半波偶極子天線的方向性函數(shù)。把上述參數(shù)代入到式（ 39）中，