2.4G的单极化贴片天线开题报告

刘宁宁

选题依据及研究意义 1、选题的依据、意义：自从发明天线以来，天线在社会生活中的重要性与日俱增，如今已成为人们日常生活和工作不可或缺的一部分。在家庭或工作场所内，在汽车或飞机里，在船舶、卫星和航天器的有限空间内，甚至是普通步行者随身携带的物品上，天线都充当着无线电波的出口与入口的角色。天线作为无线通信系统中射频信号的发送和接受装置，需要满足个人终端设备体积小、重量轻的要求。微带天线以其轻便、剖面低的独特优势在众多微波天线中脱颖而出，逐渐成为应用较广的天线形式及该领域学者研究的热点，目前针对3G以下的无线移动通信领域天线小型化的方法主要有以下几点：1天线加载2采用高介电常数或高磁导率的基片3表面开槽4附加有源网络5采用特殊形式6分形技术等。 2、理论或实际应用方面的价值：在各种实际应用中，往往要求天线具有高增益、高功率、低旁瓣、波束扫描或波束控制等特性。由于天线阵非常容易获得这些特性，使得阵列技术在实际中获得了广泛的应用，这就促进了贴片技术及其理论的发展。在这些研究中,除了基础理论方面的讨论外,随着全球通信产业的高度发展而带来的应用研究则主要包含了能工作于双频,多频带的天线设计以及能增加频宽的天线设计.能工作于双频带的天线可以用为收发共用的天线,以处理同步进行接收与发射的两个分离频段的信号.另外,为了适应目前无线通讯中越来越高的带宽要求,改善单极化贴片天线成为重要的研究课题之一.在过去的研究中已出现了许多设计方法,但有利有弊,不是很理想.例如使用厚介质基片材料以增加天线频宽的设计在加大带宽的同时,使所使用的天线体积也加大了.而进一步将天线体积缩小后,又会产生减小带宽或使天线增益降低等缺点.因此,在上述的前提下将针对如何保持单极化贴片天线小型化的同时,对贴片天线,宽频带工作特性进行研究,设计一种新型的天线结构.

选题研究现状 关于实际微带天线最早的工作是由美国的J.Q.Howell和R.E.Munson完成的。1973年，R.E.Munson提出了一种微带天线单元的设计。1974年，J.Q.Howell对基本的微带贴片天线（矩形和圆形）进行了研究和设计。从20世纪80年代开始，微带天线理论以及应用的深度和广度有了长足的发展，并逐渐趋于成熟。 微带天线随着应用领域的快速扩展而开始被广泛的研究和使用.其中,许多学者和工程师对微带天线的双频,多频操作进行了大量的研究应用.早期发展的结构为堆叠式与共平面式的结构,之后随着频率比,极化要求以及整体天线体积上的要求,并配合不同的馈入方式而有各种不同设计结构出现.例如有使用多个寄生元件或两个独立辐射元件的结构,有利用单一馈源或同时使用两个独立馈源在不同位置的设计,也有利用植入电抗性负载的设计,这些电抗性负载广义而言包括短路同轴微带,嵌入的微带线,短路棒,变容二极管,槽孔等等. 近几年来，人们研究和设计了许多改进型的微带天线，如在微带贴片和接地金属板间加入一根很细的金属连接针，或在介质板或接地板上蚀刻出周期性结构从而产生出电磁带隙等等。 时至今日，微带阵列天线己取得了长足的发展，在军用和民用方面都有着大量的运用，包括卫星通信、雷达、遥感测控、多种武器引信、环境检测和医用的微波辐射计等。 ,

研究内容（包括基本思路、框架、主要研究方式、方法等） 本次研究内容先由基本的天线理论开始逐渐发展至应用理论在软件上设计，先了解基础理论，例如：天线、天线的馈电方式、辐射原理等，由此继续研究设计天线，在设计的硬件中应该掌握各种嵌套公式、ADS模拟软件及基本的原理图，最后用HFSS仿真出预计的图形。 拟采取的研究方法是： （1）用网络测试仪直接测量2*2微带阵列天线 （2）根据测试的数据用软件HFSS进行仿真 （3）分析实物数据与仿真数据的误差原因 通信系统的飞速发展对天线设计提出了越来愈高的要求，通信设备的体积不断变小，需要小型化天线；而通信频带多频带、高频带发展，又推动了多种天线的发展，伴随着通信技术的迅速发展，天线作为无线通信系统中射频信号的发送和接受装置，需要满足个人终端设备体积小、重量轻的要求。微带天线以其轻便、剖面低的独特优势在众多微波天线中脱颖而出，逐渐成为应用较广的天线形式及该领域学者研究的热点，目前针对3G以下的无线移动通信领域天线小型化的方法主要有以下几点：1天线加载2采用高介电常数或高磁导率的基片3表面开槽4附加有源网络5采用特殊形式6分形技术等 采用在贴片上开槽和加载的方法，设计了一种用于2.4G频段无线通信设备、内缩渐变线馈电的新型结构贴片天线，给出仿真设计的性能和多个天线样品的实验输入驻波比曲线和远区辐射特性图，详细研究分析了多种不同的加载条件、不同辐射边尺寸对输入驻波比的影响，实验结果证明，改天线在2.4G频段上获得超过15%相对带宽，而且尺寸比相应的频断的微带贴片更加微型化。 通过HFSS软件的仿真分析，可以直观地看出矩形微带贴片天线与圆形微带贴片各自的优缺点，在一般情况矩形微带贴片天线相对于圆形微带贴片天线的优势非常明显，无论从贴片的尺寸大小还是增益上，微带贴片天线都应是首选，本文介绍的天线在相应频段内得输入驻波比小于1.5，采用常见的廉价低阶电常数板材制作。而且体积比常矩形贴片天线小的多，通过比较，可见这是一种有实用价值的小天线。

论文提纲(含论文选题、论文主体框架) 1． 《一种单极化贴片天线小型化设计》采用在贴片上开槽和加载的方法，设计了一种用于2.4G频段无线通信设备、内缩渐变线馈电的新型结构贴片天线； 2．考虑全篇总的安排：从天线的原理、贴片天线的设计与实现、HFSS仿真设计三个方面，由简单到复杂、基础到应用来论述单极化贴片天线论文，其中设计原理、系统硬件的论述、HFSS仿真设计这是论文结构的骨架； 3 .第一章的天线设计原理首先从天线出发简单介绍天线理论，继而延伸到微带贴片天线的馈电方式、馈电模式、辐射原理 第二章贴片天线的硬件设计与实现是本论文的中心，由之前的基本原理逐步设计应用软件画出相应的图，借鉴大量参考文献 第三章贴片天线的软件设计 同样也是设计的中心，分为：贴片天线的性能以及SAR的分布与计算与实测数据，大量的数据计算与软件应用时一个难点 第四章HFSS仿真设计，这一章是应用之前的数据用HFSS做出模型 4．采用在贴片上开槽和加载的方法，设计了一种用于2.4G频段无线通信设备、内缩渐变线馈电的新型结构贴片天线，给出仿真设计的性能和多个天线样品的实验输入驻波比曲线和远区辐射特性图，详细研究分析了多种不同的加载条件、不同辐射边尺寸对输入驻波比的影响，实验结果证明，改天线在2.4G频段上获得超过15%相对带宽，而且尺寸比相应的频断的微带贴片更加微型化。

主要参阅文献【1】．《电磁场与电磁波》，陈抗生教授主编，浙江大学出版社【2】．《移动电话电磁辐射标准》国家质量技术监督局中华人民共和国卫生部【3】．Artech, Advanced Automated Smith Chart, Version 3.0: Software and User¡¯s Manual【4】．Mc Graw-Hill, Antenna Design: A Practical Guide George J. Monser; May 1996【5】倪养华,等．数字信号处理与实现[J]．上海：上海交通大学出版社,1998,23(2)【6】张毅刚《单片机原理及接口技术》哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1990.【7】罗亚非等·《凌阳16位单片机应用基础》[M].北京：航空航天大学出版社,2005.5,(1),ISBN 7-81077-661-4.【8】《电子设计技术》 陆坤奚大顺等著.【9】 林涛，楚岩，田莉娟，林微《数字电路基础》.【10】倪养华,等．《数字信号处理与实现》[J]．上海：上海交通大学出版社,1998,23(2)【11】《HFSS天线设计》李明洋。[2011].part06

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