本科毕业论文论文题目 一种双阻带天线的设计姓 名 陆 亚 楠 学 号 P 学 院 电气工程学院 专业班级 2009级通信工程2班 指导老师 肖 金 祥 工厂搬迁对于一个企业来说，安全问题始终是第一位的，也是最基本的，过程中所涉及到的安全问题主要是人员的安全和设备拆装以及财产的安全。各部门经理和所有员工一定要以安全为核心，开展各项工作，职责到人、分工明确。一种双阻带天线的设计 专业: 通信工程 姓名: 陆亚楠 指导老师: 肖金祥摘 要：目前，超宽带(UWB)技术在短距离高速无线通信系统中具有较强的实用性和发展前景,天线作为高速无线通信系统的信号传递媒介,天线性能的好坏直接影响通信质量。超宽带印刷天线具有体积小,成本低、易于集成等优点。所以，在移动通信系统集成化的今天，超宽带印刷天线的优势更加明显。本文设计了一种具有双阻带特性的超宽带印刷天线，阻带特性的实现是通过在圆金属贴片上挖U形槽和接地板矩形金属片上挖两个对称的L形槽和倒“凸”形来实现，通过对槽的各个参数的改变观察对天线阻带性能的影响，并借助CST软件进行仿真。使所设计的天线在3.303.81GHz和5.55.91GHz两个频段具有滤波特性，且方向图稳定。关键词： 超宽带，贴片印刷天线， 阻带特性。目录1.1 天线的概述11.1.2 天线的分类11.1.3 天线的应用21.2 如何产生阻带21.3 天线的研究31.3.1 天线的研究现状31.3.2、天线研究的意义41.4 研究内容5第二章 天线的基本参数及类型52.1 天线的基本参数52.1.1、电压驻波比（VSWR）52.1.2 天线的方向性72.1.3 辐射方向图92.1.4、效率和增益102.2阻带天线的技术要求112.2.1、驻波系数112.2.2、天线的结构形状11第三章 一种双阻带UWB天线的设计123.1 概述123.2 设计手段123.3 天线设计133.4 仿真结果163.4.1 驻波比163.4.2 方向图183.4.3 增益22第四章.总结22参考文献24答 谢26III第一章 绪论1.1 天线的概述天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。1.1.2 天线的分类从电磁学角度来分，天线大致可以分为一下几个类型：（1）电小天线：天线尺寸远小于波长的天线。有电偶极子天线，磁偶极子天线，单极子天线以及其他形式的偶极子天线4。（2）谐振天线：在一个点频或者比较窄的频带范围内有谐振特性，天线的典型尺寸接近半波长。木天线等。（3）孔径天线：它的辐射源是一个二维分布的电磁场。这类天线有喇叭天线、反射天线等等。喇叭天线的形状就像漏斗状，它直接与波导连接。（4）宽带天线：是我们目前主要研究的内容。宽带天线是现在无线电系统需求的一个明显趋势。好多的无线电通信系统都要求天线需要具备宽带的功能 18。（5）阵列天线：许多单元天线按一定布阵方法在空间中排列并按一定方式互相连接起来构成的天线。还有许多类型的天线难以列出，即便是同一类型的天线，当用于不同频率、不同环境、不同电子系统时，会有千差万别的表现，也要仔细研究设计。1.1.3 天线的应用天线是无线通信技术中一个重要组成部分，无线信号的接受与发射都是要通过天下来实现，所以天线是电磁波传播的重要媒介。天线主要负责信号接受与发射系统中电磁波的转换，以完成无线电信号的在空间的自由传递22。但是，随着天线应用技术的日益成熟及普及，如何合理的开发与利用频谱资源又成了困扰人们的重要问题。不管无线电系统如何发展，始终都要涉及信号的接收和发射问题，所以天线的在无线信号传递过程中的作用无可替代。因此，如何更好地更合理的开发利用频谱资源是天线设计所要考虑解决的重要问题。1.2 如何产生阻带 实现阻带功能的一种方法是将UWB天线和一个带阻滤波器相连接，但这会使系统的复杂性增强。所以更经济的方法是直接采用具有带阻功能的UWB天线。近年来，提出了多种实现带阻的结构：文献1-2提出通过对主贴片加载寄生贴片来实现带阻功能；文献3提出在环形天线内加载C型寄生单元实现带阻技术；文献4提出通过加载电感电容实现带阻；最常用的实现带阻的方法是在圆形贴片上开三角形槽、椭圆形槽或弧形槽，在矩形贴片上开U型槽，在多边形贴上开V型槽等。文献5在单极子天线的贴片上开槽引入半波长谐振结构，以获得带阻功能。文献6在天线的接地板上开槽获得带阻功能。因此，研究具有阻带功能的超宽带天线对整个通信系统将有非常重要的意义。1.3 天线的研究1.3.1 天线的研究现状1873年麦克斯韦(Maxwell)从理论上预言电磁波存在，并于1879年由马可尼(Marconi)首次获得一个完整的天线电报系统专利。随着科学技术的不断进步，人们对电磁波在自然界中客观存在这一事实广泛达成共识。经过人们不断努力，电磁波被广泛应用到人类的生活之中。目前的3.1-10.6GHz 频段划归超宽带（UWB）的民用频段，但是在这个范围内存在其他好几个窄带通信系统，比如WiMax(3.33.7G)和Wlan(5.155.825GHz)。为防止或者减轻这些窄带系统对超宽带系统的干扰，超宽带天线需要有频带抑制功能，也就是我们说的阻带功能。为了让超宽带天线具有阻带功能，世界各国的学着科学家们都在努力的研究，也做了大量实验。有想通过在介质板上加载的寄生贴片形状的不同来增加阻带特性的，也有想通过在辐射的贴片上嵌入不同形状的缝隙的，以便实现在不同频段实现阻带功能 6。实现阻带功能的一种方法是将UWB天线和一个带阻滤波器相连接，但这会使系统的复杂性增强。所以更经济的方法是直接采用具有带阻功能的UWB天线。目前的研究主要是考虑天线应该具有的和必须具有的以便适应现在通信系统的一些要求，比如天线的尺寸尽量小，天线的辐射效率尽量高，天线的方向性，天线的驻波系数等等，尽量凭当前的技术把天线各项指标做到最优。我国对超宽带天线的研究比国外的发达国家晚了很多，各向专利成果月不如他们。2000年，超宽带技术才引起国内的科研机构重视，才着手研究，由此拉开了我国在超宽带天线领域研究的帷幕；2001年，超宽带天线的研究被列入了我国的863计划之中，这样超宽带天线的研究就得到了国家的大力支持。2004年，超宽带技术的研究得到了国家自然科学基金会的关注和大力支持，补充了超宽带研究的经费。截止到2007年1月，国际上总共有63项关于超宽带天线的发明专利，但是可惜的是在这63项专利中，只有9项是来我们中国，剩下54项发明专利主要来至美国、韩国、日本等国家。从这里我们也可以看到，目前我国对超宽带的研究确实很落后9。1.3.2、天线研究的意义随着科学的发展社会的进步，高新科技产品的更新换代，社会对天线的需求量增大，质量要求增高，功能种类也增多。天线是一个很重要的高科技产品，只要人类社会不倒退，天线有必要也必须用当前最新的技术手段将对其的研究持续下去5。随着美国联邦通信委员会对超宽带技术应用限制的逐步放宽，超宽带天线技术的应用空间将越来月广阔5。同时,超宽带通信系统的工作频率段内存在诸如无线局域网（WLAN）等其他窄带通信系统。为了防止超宽带通信系统和其他通信系统潜在的相互干扰，需使超宽带天线在一些频段上产生阻带，即具有带阻功能。文献22在单极子天线的贴片上开槽引入半波长谐振结构，以获得带阻功能。文献23在天线的接地板上开槽获得带阻功能。现在开通的窄带通信种类也逐渐增加，因此，研究具有多个阻带功能的超宽带天线有着非常重要的意义。1.4 研究内容本文设计了一种具有双阻带特性的超宽带缝隙天线。分别在以3.5 GHZ和5.5 GHZ为中心的两个频率范围产生阻带。根据超宽带天线技术指标的要求，采用具有宽频带特性的微带馈电圆缝隙超宽带天线，通过在辐射体上开槽和在接地板的圆缝隙内侧引入电流枝节，使所设计的天线具有双阻带特性，尽可能的避免了对其他系统的干扰。并采用软件CST进行仿真。第二章 天线的基本参数及类型2.1 天线的基本参数首先，我们简单回顾一下天线的一些基本参数。天线的辐射方向图，方向性，效率，增益及阻抗带宽。这些基本参数的定义可以参考5，6，8。2.1.1、电压驻波比（VSWR）要解释驻波，先解释一下波腹和波节。波腹就是在入、反射波相位相同的位置，电压振幅相加的最大值Vmax就是波腹12；波节和波腹定义相似，只是它是在入、反射波在相位相同位置，电压振幅相加的最小值Vmin，除了最大值和最小值这两个点，剩余所有的点的振幅值都是介于最大值与和最小值之间的也就是介于波腹和波节之间。这种由入射波和发射波相同相位位置合成的波就是行驻波12。驻波比就是驻波波腹处的声压幅值Vmax与波节处的声压Vmin幅值之比。在驻波管法中，测得驻波比，就可以求出吸声材料的声反射系数和吸声系数。所以馈线上的电压驻波比（VSWR）可以非常直接的表示天线的阻抗带宽与天线传输线的匹配度。VSWR与回波损耗以及反射系数联系紧密。现在我们要先对、回波损耗和VSWR做一个简单的说明3。如图2-1所示的传输线模型上反射波和入射波的比即为，可以表示为式（2-1）3 : (2-1)图2-1 传输线路模型图在2-1式子中。和分别是传输线阻抗和负载阻抗。传输线上的电压和电流都是距离z的函数，所以得到的电压和电流表达式如下式（2-2）和式（2-3）: (2-2) (2-3)其中。当时，表示匹配度是最好的。又已知天线系统平均入射能量和平均反射能量的表达式分别为: (2-4) (2-5)则由式(2-3)到(2-5)可推出传到负载的平均能量为: (2-6)综上所述，几个涉及天线阻抗带宽常用的数据举例情况如下:（1）因为传递到负载的能量与成正比，下面举个典型例子，当10%的能量被反射时，由上面式子（2-6）则可以求得0.3162。（2）VSWR的定义如下式（2-7）： (2-7)则由式(2-7)可得（1）中举例的VSWR值，得到当10%的能量被反射时：VSWR=2。（3）根据回波损耗的定义: 回波损耗= （2-8）由式(2-8)得当10%的能量被反射时：回波损耗=10dB。综上，看出了、VSWR与回波损耗的关系，通常我们定义阻抗带宽为满足回波损耗大于等于10dB，即回波损耗10dB，此时0.3162，VSWR2。2.1.2 天线的方向性