【正文】 I ?? ；隨著時間的變化，電流公式又可表示為zlzlz aqdtdvqdtdI ??；假如導線的長度為 l，則zlzlz alqdtdvlqdtdIl ??。 4 第 2 章 天線基礎知識 天線的輻射機 理 天線輻射是電磁場中由輻射源產(chǎn)生的一種擾動。 第 4 章：仿真結果分析與總結。 第 3 章：仿真模型的創(chuàng)建。主要介紹了天線的輻射機理，以及天線的主要參數(shù)。介紹了天線技術的應用特點，課題的研究背景及意義，國內(nèi)外 發(fā)展現(xiàn)狀，以及本論文的研究目標及內(nèi)容。 論文內(nèi)容安排 本論文共分為 4 章。 本文的研究目標是用 Ansoft HFSS 仿真軟件 設計出基于 S 波段的平行二元半波振子 陣 天線，并 進行仿真和參數(shù)優(yōu)化，最終加工成實物并進行測試。 本文主要研究內(nèi)容是 基于 S 波段平行二元半波振子 陣 天線的設計 。它是通過微調(diào)能夠實 3 現(xiàn)零輸入電抗，于是阻抗匹配問題就變得很輕松，這也是半波振子獲得廣泛應用的重要原因之一。一個無線的社會只有通過天線才能實現(xiàn)，天線的未來的確是光明的。盡管傳統(tǒng)類型的天線在將來仍會繼續(xù)使用，新的使用要求將引發(fā)天線系統(tǒng)的革命。當然，天線還要許多非通信方面的應用，這些應用包括遙感和工業(yè)應用。 由于結構簡單，對稱振子廣泛應用于通信、雷達、廣播和電視等無線電技術設備中。單個半波對稱振子可簡單地單獨立地使用 ，也可作為 拋物面天線 的 饋源 ，也可采用多個半波對稱振子 （ 每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子 ） 組成 的 天線陣。隨著電子設備集成度的 不斷 提高，經(jīng)常需要一個天線 在較寬的頻率范圍內(nèi)支持兩個或更多的無線服務，寬帶和多波段天線能滿足這樣的需要。隨著電子設備集成度的提高，通信設備的體積也越來越小，這就需要天線減小自身尺寸。 （ 3)天線陣：是指由若干單元天線按一定方式排列起來的輻射系統(tǒng)稱為天線陣；構成陣列的單元天線稱為陣元，本論文所研究的是由兩個半波振子陣元構成的二元陣。 （ 2)面天線或稱口徑天線：是指電磁波通過一定口徑向外輻射的天線。一般按對天線的分析方法來分類共有三大類 [5]: （ 1)線天線 :是指具有線狀結構特點天線，而且金屬導線半徑遠小于波長的天線。 發(fā)射天線 接收天線 饋線 饋線 圖 11 通信系統(tǒng)示意圖 無線通信技術及業(yè)務的飛速 發(fā)展既對天線提出了許多新的研究方向，同時也促使了許多新型天線的誕生。 在圖 11 所示的通信系統(tǒng)示意圖中，天線的任務就是將發(fā)射機輸出的高頻電流能量信號轉換成電磁波輻射出去，或將空間中的高頻電流能量送給接收機。盡管設備的任務并不相同，但是天線在各種無線電技術設 — 備中的作用基本上都是相同的。從廣播、電視、移動通信，到雷達、導航、衛(wèi)星、定位，再到軍事領域 中制作導彈武器等應用領域，都取得了豐碩的研究成果 [2]。為了實現(xiàn)較遠距離的通信，先后出現(xiàn)了號角、鼓等器具，烽火、旗語等可視方法，這些光通信方式都利用了電磁波譜中的光波部分 [1]。 關鍵詞： 半 波振子天線 方向圖 3D 模型 II ABSTRACT This paper39。 本科畢業(yè)論文（設計） 基于 S 波段平行二元半波振子陣天線的設計 I 摘 要 本文的主要工作是圍繞半波振子天線展開，介紹了高頻電磁場仿真軟件 Ansoft HFSS的使用，以及利用該軟件創(chuàng)建半波振子天線的 3D 模型，并利用其對天線模型進行仿真以及參數(shù)優(yōu)化等，進而對其基本參數(shù)進行分析，根據(jù)各參數(shù)來初步判斷天線的性能。本文的最終目標是設計并加工出中心頻率為 （ 該頻率為藍牙、無線路由器等所使用的頻率，應用范圍極其廣泛 ）的 平行二元半波振子 陣 天線 。s main work is around a half wave dipole antenna and introduces the use of highfrequency electromagic simulation software—— Ansoft HFSS, using the software and create a halfwave dipole antenna for the 3D model, and is used for the simulation and parameter optimization of antenna model etc, and analyzes its basic parameters, the parameters according to the preliminary judgment of the antenna ultimate goal of this paper is to design and processing the center frequency GHz (the frequency of Bluetooth, wireless router uses frequency, the range of application is extremely extensive) dual half wave oscillator array antenna. Keywords: Half wave dipole antenna Direction of the figure The 3D model III 目 錄 第 1 章 緒論 ...............................................1 天線概述 ................................................ 1 國內(nèi)發(fā)展狀況及應用概況 .................................. 2 研究目標及內(nèi)容 .......................................... 2 論文內(nèi)容安排 ............................................ 3 第 2 章 天線基礎知識 .......................................4 天線的輻射機理 .......................................... 4 天線的主 要參數(shù) .......................................... 5 天線的方向性 ....................................... 5 天線的增益 ......................................... 7 駐波參量 ........................................... 7 天線的輸入阻抗 ..................................... 8 S11 參數(shù) ............................................ 8 半波振子 ................................................ 9 半波振子設計的主要參數(shù) ..................................10 第 3 章 仿真模型的創(chuàng)建 .................................... 11 Ansoft HFSS 簡介 ......................................... 11 3D 模型的創(chuàng)建 ...........................................12 第 4 章 仿真結果分析與總結 ................................. 19 仿真 結果分析 ............................................19 IV 分析 S11 參數(shù) .......................................19 分析電壓駐波比 VSWR ...............................20 分析方向圖 .........................................21 總結與展望 ..............................................23 實物展示 ...........................................23 總結與展望 .........................................24 參考文獻 .................................................. 25 1 第 1 章 緒論 天線概述 人類之間最早的通信是通過說話的聲 音來完成的，當然，它僅限于近距離的交流。 自從 1873 年麥克斯韋（ Maxwell）從理論上預言電磁波的存在，并于 1897 年馬可尼（ Marconi）首次獲得一個完整的無線電報系統(tǒng)專利以來，伴隨著科學技術的高速發(fā)展與進步，人類對于電磁波這一存在于自然界的物質形態(tài)的認識在不斷地加深，創(chuàng)造了多種多樣的電磁波工程系統(tǒng) —— 無線電通信系統(tǒng)。 天線是任何無線電通信系統(tǒng)都離不開的重要的前端器件。任何無線電技術設備都是通過電磁波來傳送信號的，天線就是這種輻射和接收電磁波的裝置，它把發(fā)射設備產(chǎn)生的高頻電流能量轉換成電磁波能量，同時又把電磁波能量轉換成高頻電流形態(tài)的能量 [3]。為了良 好地實現(xiàn)上述目的，要求天線具有較高的轉換效率、一定的方向性，系統(tǒng)的頻帶寬度要能夠能滿足其正常工作的帶寬；作為無線電系統(tǒng)中非常重要而且不可缺少的器件 —— 天線，其本身的設計質量也直接影響著無線電系統(tǒng)的整體性能 [4]。自馬可尼 （ Marconi） 和赫茲（ Hertz）發(fā)明了天線以來，天線技術經(jīng)發(fā)射機 接收機 2 過了 100 多年的發(fā)展，到目前為止，天線的類型可以說是五花八門，種類繁多，形式多樣枚不勝舉。線天線歷史悠久，至今仍廣泛應用，其可用實心導線也可用空心金屬管制作。如：喇叭天線、板狀 天線、角反射天線、拋物面天線等。 國內(nèi)發(fā)展狀況及應用概況 為適應現(xiàn)代 科技發(fā)展 的需求， 國內(nèi)外 天線的研發(fā)主要朝幾個方面進行，即小尺寸、寬帶和多波段工作、智能方向圖控制 [6]。在不影響天線的增益和效率的同時減小天線的尺寸是一項艱巨的工作。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。 本設計所采用的是由 兩個半波對稱振子所組成的平行二元陣。 在許多應用中，必須使用天線，如常見的蜂窩移動電話、智能終端等需要使用天線。遙感系統(tǒng)既可以無源（如輻射計）也可以有源（如雷達），并且各自接收來自物體的散射和固有輻射，接收信號經(jīng)過處理后產(chǎn)生關于物體或環(huán)境的信息；工業(yè)的應用包括利用微波烹飪和烘干等方面 [7]。 IEEE 新 技術指導協(xié)會 提出了七項電子技術的挑戰(zhàn)，其中一項就是“讓世界上任何地方的任何人，通過脫離傳輸線和電纜連接的通信系統(tǒng)，在任何時刻都能夠通過其判斷力互相聯(lián)系”。 研究目標及內(nèi)容 半波振子 天線 是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的 天線 。因此本課 題具有很高的科研價值及實用意義。所謂 S 波段是指 頻率在 2~4 GHz 的無線電波波段 ，該頻段電磁波 主要用 于 衛(wèi)星通信 、 雷達 、 藍牙 、 無線路由 等 多個領域 。在本文中，我選取 S（ 2~4GHz）波段中的 （該頻率為藍牙、無線路由器等所使用的頻率，應用范圍極其廣泛）作為天線的中心頻率，去實現(xiàn)設計目標。 第 1 章：緒論。 第 2 章：天線基礎知識。包括天線的方向系數(shù)、增益、方向性等。介紹了高頻電磁場仿真軟件 Ansoft HFSS 使用，并利用其創(chuàng)建 基于 S 波段平行二元半波振子陣天線的 3D 模型。主要分析該天線的主要參數(shù)，如方向圖、增益等，然后對天線的性能做出評價，從而進一步對天線的參數(shù)進行優(yōu)化；對設計課題進行總結，加深對該課題的認識。天線輻射是時變電流源產(chǎn)生，或者說是由作加速運動的電荷所激發(fā)。這個公式簡單 地說明要產(chǎn)生輻射就必須有一個時變的電流或者具有加速度的電荷。為了使電荷產(chǎn)生加速度，必須使導線彎曲或者使其成 V 形，還可將其表面制成非連續(xù)型或使其具有終端。 在時域，我們可以得到如下結論： ，就不可能產(chǎn)生電流，也不會有輻射。 V 形，使其具有終點或將其截斷，以及 將其表面制成非連續(xù)型都將產(chǎn)生輻射。 導線載有簡便電流時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長短和形狀有 關；到導線的長度增大到可與波長 λ 相比擬時，導線上的電流就大大增加，因而就能形成較強的輻射。 天線的主要參數(shù) 天線的方向性 在相同距離的條件下天線輻射場的相對值與空間方向（子午角 θ、方位角 φ）的關系。天線的輻射電場場強為 E