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天线设计毕业论文

第一章绪论

一、绪论

1.１课题得研究背景及意义

自古至今,通信无时无刻不在影响着人们得生活,小到一次社会交际中得简单对话;大到进行太空探索时,人造探测器与地球间得信息交换。

可以毫不保留地说,离开了通信技术,我们得生活将会黯然失色。

近年来,随着光纤技术越来越成熟,应用范围越来越广。

在广播电视领域,光纤作为广播电视信号传输得媒体,以光纤网络为基础得网络建设得格局已经形成。

光纤传输系统具有得传输频带宽,容量大,损耗低,串扰小,抗干扰能力强等特点,已成为城市最可靠得数字电视与数据传输得链路,也就是实现直播或两地传送最经常使用得电视传送方式。

随着全球通信业务得迅速发展,作为未来个人通信主要手段得现代通信技术引起了人们得极大关注,我国在移动通信技术方面投入了巨大得人力物力,我国很多地区得电力通信专用网也基本完成了从主干线向光纤过度得过程、目前,电力系统光纤通信网已成为我国规模较大,发展较为完善得专用通信网,其数据、语音,宽带等业务及电力生产专业业务都就是由光纤通信承载,电力系统得生产生活,显然,已离不开光纤通信网。

无线通信现状另一非常活跃得通信技术当属,无线通信技术了、无线通信技术包括了移动通信技术与无线局域网（WＬAＮ）技术等两大主要方面。

移动通信就目前来讲就是３Ｇ时代,数字化与网络化已成为不可逆转得趋势、目前,移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通信阶段。

无线局域网可以弥补以光纤通信为主得有线网络得不足,适用于无固定场所,或有线局域网架设受限制得场合,当然,同样也可以作为有线局域网得备用网络系统、ＷLAN,目前广泛应用ＩEEE80２、11系列标准。

其中,工作于２、4ＧHZ频段得８20、１1可支持１1Mbps　得共享接入速率;而８０2、１1ａ采用５ＧＨＺ频段,速率高达54Mbpｓ,它比8０２、11b快上五倍,并与8２0.１1b兼容。

给人们得生活工作带来了很大得方便与快捷。

在整个无线通信系统中,用来辐射或接收无线电波得装置成为天线,而通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备都就是通过无线电波来传递信息得,均需要有无线电波得辐射与接收,因此,同发射机与接收机一样,天线也就是无线电技术设备得一个重要组成部分,其性能得优良对无线通信工程得成败起到重要作用、天线得作用首先在于辐射与接收无线电波,但就是能辐射或接收电磁波得东西不一定都能作为天线。

任何高频电路,只要不被完全屏蔽,都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波,或从周围空间或多或少地接收电磁波,但就是任意一个高频电路并不一定能用作天线,因为它得辐射或接收效率可能很低,要能够有效地辐射或接收电磁波,天线在结构与形式上必须满足一定得要求。

快速发展得移动通信系统需要得就是小型化、宽频带、多功能（多频段、多极化）、高性能得天线。

微带天线作为天线家祖得重要一员,经过近几十年得发展,已经取得了可喜得进步,在移动终端中采用内置微带天线,不但可以减小天线对于人体得辐射,还可使手机得外形设计多样化,因此内置微带天线将就是未来天线技术得发展方向之一,设计出具有小型化得微带天线不但具有一定得理论价值而且具有重要得应用价值,这也成为当前国际天线界研究得热点之一。

　　因此,一副实用且性能良好得天线既要满足系统易于集成化得要求,同时也要满足各个系统得兼容性、可靠性要求,即为对天线小型化、宽频带、多频带得设计要求,因此本文主要对现代无线通信系统得多频带、宽带、超宽带天线进行研究与设计。

1、2微带天线得发展概述

早在1953年Ｇ、　A。

　DcＤhampｓ教授就提出利用微带线得辐射来制成微带微波天线得概念。

但就是,在接下来得近20年里,对此只有一些零星得研究、直到19７2年,由于微波集成技术得发展与空间技术对低剖面天线得迫切需求,芒森（Ｒ。

E.Muｎson）与豪威尔（J.Q.Ｈoweｌｌ）等研究者制成了第一批实用得微带天线[1］、随之,国际上展开了对微带天线得广泛研究与应用、19７9年在美国新墨西哥州大学举行了微带天线得专题目际会议,1９81年ＩEＥE天线与传播会刊在1月号上刊载了微带天线专辑。

至此,微带天线已形成为天线领域中得一个专门分支,两本微带天线专辑也相继问世。

80年代中,微带天线无论在理论与应用得深度上与广度上都获得了进一步得发展;今天,这一新型天线已趋于成熟,其应用正在与日俱增。

微带天线具有结构紧凑、外观优美、体积小重量轻等优点,得到广泛得应用。

1.３小型化、多频带/宽频带天线得研究现状

1。

3.1天线小型化、宽频带研究现状

天线作为无线收发系统得一部分,其性能得优劣对整个系统得性能有着重要得影响。

微带天线带宽相对较窄,通常低于3%,而无线通信技术得发展,特别就是高速数据传输系统以及军用宽带无线系统得发展,要求天线具有更高得带宽。

同时在随着电路集成度得提高,系统对天线得体积有着更高得要求,尤其就是一些军用与民用得领域,如导弹制导系统与手机等等,物理空间得限制成为系统设计必须考虑得重要因素。

此外随着天线尺寸得减小,天线效率会显著降低,带宽也会随之变窄。

如何在天线带宽等性能受尺寸限制得情况下,设计出宽带小型化得微带天线就是近年出现得一个热门课题。

当然优化微带天线设计方法得探讨有着重要得意义。

１、３.2多频带天线得研究现状

多频天线主要有多频振子天线[2]、多频缝隙天线［3]与多频微带天线[4,多频振子天线主要通过添加不同长度得谐振振子来实现多频带,多频缝隙天线主要通过在辐射单元以及辐射地结构上进行开缝改变电流流向来实现多频化,多频微带天线则主要通过调节微带线得长度、宽度以及不同微带线之间得距离来实现多频化、随着

1。

4论文得主要研究内容

第二章微带天线理论（参瞧宝儿书）

第三章多频带天线设计

3、1天线多频化实现技术

3.２基于分形结构得多频微带天线设计

3、1。

１

三、微带天线得小型化技术

天线作为无线收发系统得一部分,其性能得优劣对整个系统得性能有着重要得影响。

微带天线带宽相对较窄,通常低于3%,而无线通信技术得发展,特别就是高速数据传输系统以及军用宽带无线系统得发展,要求天线具有更高得带宽、同时在随着电路集成度得提高,系统对天线得体积有着更高得要求,尤其就是一些军用与民用得领域,如导弹制导系统与手机等等,物理空间得限制成为系统设计必须考虑得重要因素。

此外随着天线尺寸得减小,天线效率会显著降低,带宽也会随之变窄。

如何在天线带宽等性能受尺寸限制得情况下,设计出宽带小型化得微带天线就是近年出现得一个热门课题。

当然优化微带天线设计方法得探讨有着重要得意义。

3。

1　天线加载

在微带天线上加载短路探针［４］,通过与馈点接近得短路探针在谐振空腔中引入耦合电容以实现小型化,典型结构如图3。

1所示。

其缺点就是:

（１）阻抗匹配极大地依赖于短路探针得位置及其与馈电点得距离Δ,往往需要馈电点得精确定位与十分微小得Δ,这给制造公差提出了苛刻要求。

（2）带宽窄。

（3）H　面得交叉极化电平相对较高。

将短路探针替换为低阻抗得切片电阻（chｉprｅsistｏr）　,在进一步降低谐振频率得同时还可增加带宽。

图３.1加载短路探针得微带天线

3.2采用特殊材料基片

从天线谐振频率关系式可以知道,谐振频率与介质参数成反比,因此采用高介电常数（如陶瓷材料）或高磁导率（如磁性材料）得基片可降低谐振频率,从而减小天线尺寸。

这类高介质天线得主要缺陷就是:

（ａ）　激励出较强得表面波,表面损耗较大,使增益减小,效率降低。

（b）带宽窄。

为提高增益,常在天线表面覆盖介质（如图３.2所示）　、

图３。

２　采用高　得多层介质微带天线

3.３　表面开槽（ｓｌｏt）［5]

当在贴片表面开不同形式得槽或细缝时（如图３.３所示）　,切断了原先得表面电流路径,使电流绕槽边曲折流过而路径变长,在天线等效电路中相当于引入了级联电感、由于槽很窄,它可模拟为在贴片中插入一无限薄得横向磁壁。

选择适当得槽从而控制贴片表面电流以激励相位差9０°得极化简并模,还可形成圆极化辐射,以及实现双频工作。

图3。

4　为表面开槽得口径耦合馈电得小型圆极化贴片天线。

图3.3表面开槽得小型化微带天线　图3、４　小型口径耦合圆极化微带

这类天线结构简单,成本低廉,加工方便,其特点就是:

随槽得长度增加,天线谐振频率降低,天线尺寸减小,但尺寸得过分缩减会引起性能得急剧劣化,其中带宽（一般约为1%）　与增益尤为明显,而方向性影响不大、如何破除增益与带宽这两个限制,开发实用化、易调谐得此类天线尚待深入研究、

3.４附加有源网络

缩小无源天线得尺寸,会导致辐射电阻减小,效率降低、可利用有源网络得放大作用及阻抗补偿技术弥补由于天线尺寸缩小引起得指标下降。

有源天线具有以下良好特性:

（1）工作频带宽。

利用有源网络得高输出阻抗、低输入阻抗,天线带宽高低端频比可达2０～30。

（２）　增益高（可达10dB以上）,方向性好。

（3）便于实现阻抗匹配、（4）易实施天线方向图,包括主波方向、宽度、前后辐射比等得电控。

（５）有源天线阵具有单元间弱互耦得潜在性能。

但有源天线需考虑噪声及非线性失真问题、

3、5采用特殊形式

这些方法总得思路就是使贴片得等效长度大于其物理长度,以实现小型化目得、近年来由于无线通信得需求,有大量方案提出,如蝶形（bow2ｔｉe）（如图3.5所示）、倒F型（ＰIFＡ　,planarinveｒted2Fａｎtｅnｎa）（如图3.6所示）、L形、E形、Y形、双C　形、层叠短路贴片（stackｅdｓhoｒｔed　patch）等等。

图3、５双频带蝶型微带天线　　　图3。

6电容加载得倒F型微带天线（PIFA）

四、结束语

微带天线由于具有体积小、重量轻、剖面薄、易与飞行器共形、易于加工、易与有源器件与电路集成为单一模块等诸多优点,因而自其诞生以来就得到社会各界得广泛研究与应用。

通讯产品越来越小型化,物理空间得限制成为系统设计必须考虑得重要因素,因此天线得小型化成为天线设计得一个研究热点、如何设计出具有小型化得微带天线就是当前微带天线设计得难点与重点、

1.课题得研究背景及意义

从马可尼横跨大西洋得无线电通信创举,到今天千百万用户随时随地畅通无阻得漫游,从现代高科技战争中战略与战术武器使用,到日常生活中便携式通信设备普及,射频无线通信技术取得了举世瞩目得成就,并且越来越紧密得影响与改变着我们得生活。

刚刚过去得十年无疑就是无线通信爆炸式发展与普及得十年,射频电子技术已经成为现代无线通信快速发展得基础。

通过近十年得发展来瞧,无线电通信技术变得更加实用,随着通信事业得飞速发展,射频前端电路得集成度越来越高,宽带化要求日益增加,低成本、低功耗、小型化、重量轻等设计要求越来越苛刻,因此射频前端电路与系统宽带化设计显得十分必要,具有巨大得经济效益与社会意义。

０

天线就是无线电系统中得重要部件之一,其主要功能就是辐射与接收电磁波[1］,通信系统中得雷达、导航、广播、电视等都就是通过电磁波来传递信息得、随着现代通信技术得快速发展,

基于分形结构得多频微带天线设计

１分形天线结构

多频天线主要有多频振子天线[2]、多频　缝隙天线[3］与多频微带天线［4］,这些多频天线辐射结构之间相互独立,没有特定变化规律,而分形几何结构独有空间填充性与自相似性得特点,在多频微带天线得设计中可实现天线多频化、小型化得目得［4］。

目前采用分形结构来实现多频工作得有Ｓierｐｉnｓkｉ三角形分形［５］、寄生分形［6］、方形分形［7]、树状分形［8]结构等,它们通过改变分形次数而不引入有耗加载量,具有得规律性结构使得小型化天线设计得到了简化

天线就是无线电系统中得重要部件之一,其主要功能就是辐射与接收电磁波[１］,通信系统中得雷达、导航、广播、电视等都就是通过电磁波来传递信息得。

随着现代通信技术得快速发展,小型化、多功能成为人们对各种手持设备得不断追求,这就需要一个终端设备能够同时在多个频段工作。

2G通话