【正文】 。如此按照電場的極化形式可分為線極化、圓極化和橢圓極化。需要指出的是，當(dāng)圓極化波入射到一個(gè)對稱目標(biāo)上時(shí)，反射波是反旋向的。九、頻帶寬度天線頻帶寬度是指天線的主要指標(biāo)如增益、主瓣寬度、副瓣電平、輸入阻抗、極化特性等均滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)的頻帶范圍。相對帶寬是指天線的絕對帶寬 Δf 與工作頻帶內(nèi)的中心頻率f0 之比，即：()其中f0為中心頻率： ，是上下限頻率的算術(shù)中值。工程研制中要求天線在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)，它的主要電性能如電壓駐波比、增益、主瓣寬度、副瓣電平、極化特性等必須滿足技術(shù)指標(biāo)。比如，對于一定尺寸的天線，它的帶寬和增益就是一對相互矛盾的指標(biāo)，要拓寬天線的帶寬就需要犧牲一定的增益；而要提高天線的增益，天線的帶寬就會(huì)變窄?？傊炀€的性能是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)指標(biāo)。第二節(jié) 微帶天線的基本理論一、微帶天線定義微帶天線是在帶有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上貼加導(dǎo)體薄片而形成的天線。通常介質(zhì)基片的厚度與波長相比是很小的，因此它實(shí)現(xiàn)了一維小型化，屬于小天線的一種。貼片導(dǎo)體通常是銅和金，它可以是任意形狀，常見的有矩形、圓形和三角形等等。微帶天線由于其特有的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用，但是微帶天線本身固有的缺點(diǎn)限制了它在某些領(lǐng)域的應(yīng)用，其最顯著的缺點(diǎn)就是窄頻帶和低效率。近些年來有一些新的方法被人們所研究，克服了微帶天線頻帶窄的缺點(diǎn)，滿足了各個(gè)領(lǐng)域?qū)μ炀€的要求。間隙耦合方式的特點(diǎn)是直接饋電的貼片只有一塊，而其他一塊或多塊輻射單元是通過耦合方式來饋電的。不同形狀的天線適用于不同的場合，使用間隙耦合的方式比使用厚介質(zhì)板增加天線帶寬的方式更加有效。圖 所示即為微帶饋線縫隙耦合方式，這種方式通常會(huì)由兩層或多層基板構(gòu)成，在圖中所示結(jié)構(gòu)之外還有一塊基板用來放置輻射貼片。改變微帶貼片的形狀，有可能激發(fā)多頻率諧振，當(dāng)這些諧振頻率非常接近時(shí)就組成了一個(gè)頻帶，即拓寬了頻帶。一般來說，所有的諧振天線的帶寬都會(huì)比較窄，這是由它們的諧振特性所決定的。下面主要介紹一下第一類方法。Q值與介電常數(shù)有關(guān)，介電常數(shù)的降低也會(huì)引起Q值的降低，從而可以增加帶寬。加載也可以降低Q值。然而，不管使用什么方式來拓展阻抗帶寬，都有可能會(huì)使方向圖變差，因此在設(shè)計(jì)天線時(shí)，應(yīng)當(dāng)兼顧方向圖。但是因?yàn)樘炀€輸入阻抗通常不等于傳輸線阻抗，所以需要進(jìn)行匹配。1. 側(cè)饋側(cè)饋也被稱為微帶線饋電，分為中心微帶饋電和偏心微帶饋電。如果天線的幾何圖形只維持主模，則微帶饋電可偏向一邊以得到良好匹配。側(cè)饋的優(yōu)點(diǎn)是微帶饋線單元可方便地和天線貼片單元一起光刻，制作簡便。2. 底饋這種饋電方式又稱為同軸線饋電，是一種用得較多的饋電方式。當(dāng)然同軸饋電也有相應(yīng)的缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不便于集成，制作較為麻煩，焊接重復(fù)性較差，且在貼片單元和探針之間會(huì)由于焊接的不均勻性產(chǎn)生反射。第三節(jié) 印刷單極子天線一、印刷單極子天線與微帶天線的聯(lián)系和區(qū)別印刷單極子天線一般由覆在介質(zhì)基片同側(cè)或兩側(cè)的單極貼片和導(dǎo)體地板構(gòu)成,通過位于地板中央的微帶線或共面波導(dǎo)進(jìn)行饋電。由于印刷天線剖面薄，體積小，重量輕，造價(jià)低，最重要的是具有全向輻射性能，并且能與線路板有機(jī)結(jié)合，且具有很好的共形設(shè)計(jì)潛質(zhì)。印刷天線與微帶天線之間既有區(qū)別又有聯(lián)系，如圖 所示，黑色部分為地，陰影部分為饋線和輻射貼片。它們的結(jié)構(gòu)基本一致，都是有一個(gè)輻射貼片和一個(gè)接地板構(gòu)成，區(qū)別在于微帶天線的接地板的尺寸與介質(zhì)板大小一致，也就是接地板也在輻射貼片下方，因此微帶天線通常都是定向天線。二、印刷單極子天線原理一般平面單極子天線結(jié)構(gòu)模型是由金屬輻射體、饋電網(wǎng)絡(luò)、接地板和厚度較小的質(zhì)襯底組成，金屬輻射體可以是圓形、橢圓形、矩形、三角形等形狀。而 W、L、G 與f1的關(guān)系式可由圓柱體近似法給出。我們在數(shù)值仿真軟件中建立起一個(gè)類似圖 ，如圖 。我們可以看到隨著輻射貼片長度 L 的增加，天線的諧振頻率f1。對間距 G 分別取 9mm、10mm 和 11mm 進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖 所示。綜上，對于一般的平面單極子天線，天線的最低點(diǎn)諧振頻率f1與輻射體的長度 L、寬度 W 和接地板與輻射體的間距 G 有著密切的聯(lián)系，其中長度 L 和接地板與輻射體的間距 G 起主要作用。通過這一章的介紹讓我們對天線有了大概的了解，為我們接下來設(shè)計(jì)雙頻帶天線打下基礎(chǔ)。在后面的實(shí)際測量結(jié)果表明，并且具有良好的全向輻射特性和可觀的增益。第二節(jié) WLAN/WiMAX天線的設(shè)計(jì)WLAN/WiMAX天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則 為設(shè)計(jì)一款性能良好的天線，為滿足現(xiàn)代無線通信的要求，設(shè)計(jì)者往往需要按一定的設(shè)計(jì)規(guī)則去對天線進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，以盡量縮小天線的設(shè)計(jì)周期。對于性能良好的天線來說，尺寸自然偏大。其中天線諧振頻率的帶寬和天線的高度H密切相關(guān)[9]。所以，一般而言天線面積按如下尺寸去調(diào)整設(shè)計(jì)：雙頻(GSM／DCS)：600x6～8mm 當(dāng)以上要求得到滿足時(shí)，工作于GSM頻段的天線一般可能達(dá)到1～0dBi，而工作于DCS/PCS頻段時(shí)可達(dá)0～ldBi。此外，對PIFA天線的性能影響非常大的還有手機(jī)PCB的長度，目前直板機(jī)PCB的長度尚處于75105mm之間這個(gè)水平。內(nèi)置天線在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)使其與周圍較大金屬物體之間的距離保持在6mm以上，并要求其與LCD、液晶屏、按鍵等的彎曲電纜、連接振蕩器或揚(yáng)聲器的導(dǎo)線等有良好的接地。最后，PCB上微帶以及引線等應(yīng)嚴(yán)禁與天線的彈片處于一種平行的狀態(tài)。千萬不要屏蔽焊點(diǎn)，更不能在天線正下方放置匹配焊盤，不要把噴涂導(dǎo)電漆等導(dǎo)電物質(zhì)噴灑到天線附近的結(jié)構(gòu)件（面）上，并盡可能的減少EMC遮護(hù)板。電鍍工藝和金屬裝飾物應(yīng)避免設(shè)計(jì)在手機(jī)天線附近區(qū)域手，因?yàn)橹灰协h(huán)形的金屬圈就需要做好接地措施。按理說介質(zhì)基片最好應(yīng)盡可能的填充空氣，支撐物也應(yīng)盡可能的少。若天線高度不夠，可挖空PIFA天線下面的接地板，于其背面加一個(gè)可作為短路片的金屬片，其作用是作為參考地，也可以滿足設(shè)計(jì)帶寬的要求。Ansoft HFSS 是世界上第一個(gè)商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場仿真軟件，可分析仿真任意三維無源結(jié)構(gòu)的高頻電磁場，可直接得到特征阻抗、傳播常數(shù)、S 參數(shù)及電磁場、輻射場、天線方向圖等結(jié)果。當(dāng)前所有的電磁問題基本都可以使用HFSS進(jìn)行計(jì)算，其特有的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分保證了它具有其它軟件很難達(dá)到的準(zhǔn)確性和方便性，解決了由于網(wǎng)格劃分不正確引起的計(jì)算錯(cuò)誤問題。下面就簡要介紹一下 HFSS 的基本使用步驟。微帶天線的仿真是需要計(jì)算無源的基模的S參數(shù)和天線遠(yuǎn)場輻射問題。（2）天線模型的建立：Ansoft HFSS 是一種 3D 的電磁仿真軟件，它提供了操作簡單的各種畫圖工具，可以方便的建立各種復(fù)雜的立體模型，并且它支持專業(yè)畫圖工具建立的模型的導(dǎo)入和導(dǎo)出。如果沒有適合的介質(zhì)材料，可以自行設(shè)定材料的參數(shù)。HFSS 提供高頻電磁仿真的邊界條件包括 PerfectE，PerfectH，Radiation 等，激勵(lì)源端口設(shè)置主要有兩種 Wave port 和 Lumped Port。（5）設(shè)置模型迭代求解的目標(biāo)及工作頻率：首先要設(shè)定仿真模型的工作頻率，由于網(wǎng)絡(luò)的大小是和波長有一定關(guān)系的，所以這一步的設(shè)置對仿真結(jié)果也有重要的影響。如果無法估計(jì)諧振頻率，一般要先確定感興趣的頻段，然后取該頻段的中點(diǎn)作工作頻率。其中包括天線在工作頻段的 S 參數(shù)、VSWR、天線的方向性圖、增益和輸入阻抗等主要的參數(shù)。由于 Ansoft HFSS 高頻電磁仿真軟件的精確的處理能力，在天線的設(shè)計(jì)和分析過程中起著重要的作用?？梢詾橛脩籼峁┩暾南到y(tǒng)級和部件級的數(shù)值仿真分析。其強(qiáng)大的實(shí)體建模前端基于著名的 ACIS 建模內(nèi)核，結(jié)構(gòu)輸入過程非常簡便，再加上完善的圖形化反饋，極大地簡化了對各種器件的定義，在所有器4件建模完成后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行一個(gè)基于專家系統(tǒng)的全自動(dòng)網(wǎng)格剖分，然后才開始進(jìn)行正式的仿真。除了上述兩種外，還有 EField、Feco 等多種數(shù)值仿真軟件，它們各有特色，給人們進(jìn)行天線仿真計(jì)算帶來了很大的便利。到今天為止，已經(jīng)有大量的關(guān)于單饋點(diǎn)的雙頻的設(shè)計(jì)資料。故而需要設(shè)計(jì)者去反復(fù)的優(yōu)化仿真，以滿足設(shè)計(jì)要求。本文設(shè)計(jì)這款天線皆具有尺寸小、易調(diào)節(jié)、易設(shè)計(jì)、容易操作加工等優(yōu)點(diǎn)。第二節(jié) WLANWI\MiMAX雙頻帶印刷天線的模型構(gòu)建與仿真一、天線的模型構(gòu)建 打開HFSS軟件 打開HFSS仿真軟件來到天線模型，建立工程名。輸入?yún)?shù)以及參數(shù)的值為考察結(jié)構(gòu)尺寸對天線電性能的影響，采用 3D 電磁仿真軟件 Ansoft HFSS V13對設(shè)計(jì) 的天線進(jìn)行 了 仿真分析 ，經(jīng)過加工調(diào)試天線的尺寸如下 ：L=36 mm， Ll= 18 mm ，L2 =5 mm ，L3=7 mm ，L4 =6 mm ，L5= 5 mm ，L6=15 mm ，L7=5 mm ，W = 18 mm ，W1=2 mm ，W2 = 4 mm ， W3=2 mm ，w4=1．5 mm ，H =1 mm。直到所有變量及數(shù)值添加完。建立模型首先創(chuàng)建介質(zhì)基板，長為L，寬為W的長方體。在本次設(shè)計(jì)中，我們首先只討論在只有天線正面的完全對稱的叉子形輻射貼片P1的時(shí)候，觀察天線的回波損耗仿真結(jié)果。接著選中長方體點(diǎn)擊左邊的屬性窗口，把其屬性改為FR4_epoxy。貼片P1是由幾個(gè)矩形組合而成的，依次把幾個(gè)矩形畫好后全選中已經(jīng)畫好的這幾個(gè)矩形，點(diǎn)擊軟件上的，把它們連接在一起。創(chuàng)建50歐姆微帶傳輸線 使用和前面相同的操作方法在介質(zhì)基片的表面創(chuàng)建一個(gè)矩形面，用以表示50歐姆微帶傳輸線。然后點(diǎn)擊按鈕退出。 設(shè)置邊界條件（1）把輻射貼片tiepianP1和參考地GND設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界 選中平面模型tiepianP1，然后單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出快捷菜單中選擇【Assign Boundary】→【Perfect E】命令，打開理想導(dǎo)體邊界條件設(shè)置對話框。同樣的方法設(shè)置平面GND為理想導(dǎo)體邊界條件。在這里首先創(chuàng)建一個(gè)長方體模型，長方體的底面和介質(zhì)基片底面距離為10mm，其他表面和輻射貼片的距離為1/4個(gè)工作波長，然后再把該長方體的表面設(shè)置為輻射邊界。再雙擊操作歷史樹Airbox節(jié)點(diǎn)下的CreateBox，打開新建長方體屬性對話框的Command選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡中設(shè)置長方體的頂點(diǎn)坐標(biāo)和大小。 長方體模型Airbox創(chuàng)建好了之后，單擊操作歷史樹Solids節(jié)點(diǎn)下的Airbox，選中該模型。保留對話框的默認(rèn)設(shè)置不變，直接單擊按鈕，把長方體模型Airbox的表面設(shè)置為輻射邊界條件。單擊操作歷史樹Sheet節(jié)點(diǎn)下的Port，選中該端口平面。在對話框的Name文本框中輸入端口名稱1，端口阻抗保留默認(rèn)的50ohm不變，單擊按鈕。單擊下一步按鈕。最后單擊完成按鈕，完成集總端口激勵(lì)方式的設(shè)置。求解設(shè)置。（1）求解頻率和網(wǎng)絡(luò)剖分設(shè)置 右鍵單擊工程樹下的Analysis節(jié)點(diǎn)，在彈出的快捷菜單中選擇【Add Solution Setup】命令，打開Solution Setup對話框。（2）掃頻設(shè)置掃頻類型選擇快速掃頻。設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真計(jì)算完成模型設(shè)計(jì)的前期工作，通常需要進(jìn)行設(shè)計(jì)檢查，確認(rèn)設(shè)計(jì)的完整性和正確性。，表示當(dāng)前的HFSS設(shè)計(jì)正確且完整。右鍵單擊工程樹下的Analysis節(jié)點(diǎn)，在彈出的快捷菜單中選擇【Analyze All】命令，開始運(yùn)行仿真計(jì)算。右鍵單擊工程樹下的Results節(jié)點(diǎn)，在彈出的快捷菜單中選擇【CreateModal Solution Data Report】→【Rectangular Plot】命令。 ，天線的回波損耗的仿真結(jié)果。1添加輻射貼片P2按照與貼片tiepianP1方法添加輻射貼片tiepianP2，并把P2設(shè)置成理想導(dǎo)體。1再次查看天線的諧振頻率按照前面同樣的步驟查看線信號回波損耗的掃頻分析結(jié)果，并給出天線的諧振頻率。同時(shí)當(dāng)我們把參數(shù)L7,取不同值時(shí),天線回波損耗的仿真結(jié)果。 二、結(jié)果分析利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 Agilent—E5071B對加工后的天線模型進(jìn)行 了測試。實(shí)測結(jié)果表明，天線模型的回波損耗小于一10dB的工作頻帶為 —2．65GHz和5．1～6．95GHz，相對帶寬分別為 13．O％和 30．7％，滿足了 2．4／5．2／5．8GHzWLAN和5．5GHzWiMAx對工作帶寬的基本要求。在 Y—Z平面內(nèi)(E面)，天線輻射方向圖具有類似單極子天線的“”方向圖；在X—Y面(H面)內(nèi)，天線輻射方向圖近似全向。如圖所示，天線在2．45GHz、5．5GHz的峰值增益分別是2．27dBi和 3．49dBi，帶內(nèi)增益滿足 WLAN和 WiMAX通信的要求。同時(shí)對軟件HFSS有了進(jìn)一步的認(rèn)識。鑒于上述兩個(gè)問題，再結(jié)合目前的發(fā)展現(xiàn)狀，小尺寸，多頻段的天線越來越受國內(nèi)手機(jī)廠商的重視，故而本文針對性的設(shè)計(jì)了兩款均工作在GSM900MHz、DCS1800 MHz 以及ISM2450MHz三個(gè)頻段上的平面倒F天線。利用改進(jìn) 的叉子形的輻射貼片和寄生輻射貼片，使得天線形成兩個(gè)諧振頻帶 ，即2．4GHz和5GHz。因此，該天線在無線多頻帶通信系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。但由于科研時(shí)間和實(shí)驗(yàn)條件有限，上述的工作還有很多有待于今后進(jìn)一步探討和完善的地方：(1)尚未對天線多頻機(jī)理進(jìn)行等效電路的提取。以后可以在等效電路這一部分進(jìn)一步研究。仿真和測試中，我們發(fā)現(xiàn)，板載體的尺寸對天線的影響很大，如何在不增加天線尺寸及加工復(fù)雜度的前提下，尋找減少板載體影響的方法或者結(jié)構(gòu)是今后的一個(gè)研究工作重點(diǎn)。致 謝歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。同時(shí)指導(dǎo)我的周麗學(xué)姐，我在仿真以及論文