第一篇：超寬帶天線的研究與設(shè)計(jì)

超寬帶天線的研究與設(shè)計(jì)

李慶婭 李晰 唐鴻燊

摘 要： 本文設(shè)計(jì)了一款差分微帶超寬帶天線，通過改變饋線和尺寸和接地板上縫隙的半徑,優(yōu)化了天線的性能，所實(shí)現(xiàn)的天線帶寬為11.5 GHz，且有較好的輻射特性。在此基礎(chǔ)上，通過在兩貼片上對(duì)稱地開槽，得到了在5 GHz處有陷波特性的超寬帶天線。關(guān)鍵詞：超寬帶天線；差分天線；帶阻特性

Research and Design of Ultra-wideband Microstrip Antenna

Li Qing-Ya, Li Xi, Tang Hong-Shen Abstract: In this paper, a differential microstrip ultra-wideband antenna is designed.It is optimized by changing dimensions of feeding line and radius of slot in the ground.The simulated and measured results show that the frequency bands of antenna is 11.5 GHz.Also, it has good radiation characteristics.Based on this, by etching the slot in the patch symmetrically, the ultra-wideband antenna with band-notch characteristics at 5 GHz is achieved.Key words: Ultra-wideband antenna;differential antenna;band-notch characteristics 引言

近幾年,隨著超寬帶(UWB)通信技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)應(yīng)用于短距離無線通信系統(tǒng)中的天線提出了更高的要求，不僅要求天線尺寸小、剖面低、價(jià)格便宜，易于加工并可集成到無線電設(shè)備內(nèi)部，同時(shí)，還要求天線阻抗帶寬足夠?qū)?，以便覆蓋整個(gè)UWB頻段。美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)規(guī)定UWB信號(hào)的頻段為3.1 GHz-10.6 GHz。這個(gè)通信頻段中還存在劃分給其他通信系統(tǒng)的頻段，如5.15 GHz到5.35 GHz的IEEE802.11a和5.75 GHz到5.85 GHz的Hiper-LAN/2。

在接地板上開縫是實(shí)現(xiàn)超寬帶天線的方法之一，常見的縫隙形狀如倒錐形[1]、矩形、半圓形、梯形[2]等。文獻(xiàn)[2]中仿真優(yōu)化并制作了一個(gè)小型化超寬帶微帶天線，在整個(gè)工作頻段2.15-13.47 GHz內(nèi)，該天線的回波損耗均在-10 dB以下，增益基本穩(wěn)定在3~6 dB之間，并具有比較穩(wěn)定的輻射特性。在超寬帶天線的基礎(chǔ)上通過在輻射貼片上開槽實(shí)現(xiàn)帶阻特性，槽的形狀有L形[3]、矩形[4]、E形[5]等，文獻(xiàn)[5]提出了一種新型的具有雙阻帶特性的超寬帶天線，制作出實(shí)物并驗(yàn)證了天線的超寬帶和陷波特性，即在中心頻率3.75 GHz和5.5 GHz附近的頻帶范圍內(nèi)具有良好的陷波特性。

本文首先設(shè)計(jì)了超寬帶天線，研究了天線的回波損耗S11和輻射特性與天線環(huán)形接地板尺寸的關(guān)系，改善了天線的帶寬。在此基礎(chǔ)上，通過改變貼片和微帶線的尺寸。并利用折合形開槽技術(shù)在貼片上開槽，有效實(shí)現(xiàn)阻帶。2 天線設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)天線結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1(a)中天線的輻射貼片，位于介質(zhì)基板的上表面，圖1(b)是刻蝕了圓形縫隙的地，位于介質(zhì)基板的下表面；天線采用介質(zhì)為RogerS RT/duroid 6006，相對(duì)介電常數(shù)為6.15，厚為0.5mm的介質(zhì)基板，尺寸為 29.6 mm×33.6 mm；饋電部分為50歐的微帶線。

(a)正面結(jié)構(gòu)

(b)反面結(jié)構(gòu)

圖1 天線平面結(jié)構(gòu)示意圖 仿真結(jié)果

天線的設(shè)計(jì)尺寸為p2l=5.3 mm、p2x=2.7 mm、p1l=5.4 mm、p1x=0.23 mm、cr=13.4 mm。采用三維電磁仿真軟件HFSS對(duì)所設(shè)計(jì)天線進(jìn)行仿真，結(jié)果表明cr、p2l和p1x對(duì)天線的帶寬影響較大。圖2-4給出了這些參數(shù)變化時(shí)，天線的反射系數(shù)。當(dāng)研究天線的某一尺寸與天線特性的關(guān)系時(shí)，保持其他尺寸不變。

圖2給出了不同cr值時(shí)天線S11的仿真結(jié)果，可以看出工作頻率的最小值fmin隨cr的增加而增加，由2.5 GHz增加到3 GHz；工作頻率的最大值fmax隨cr的增加而減小，由13 GHz減小到11.8 GHz。當(dāng)cr=13.0 mm時(shí)，帶寬最大，為2.5-13 GHz，實(shí)現(xiàn)超寬帶10.5 GHz。

圖3給出了不同p2l值時(shí)天線S11的仿真結(jié)果，可以看出改變p2l的值對(duì)7 GHz處的S11值有明顯改善作用。當(dāng)p2l=5.0 mm時(shí)，7 GHz處的S11值變化明顯由原先的-11.334 dB下降到-37.6264 dB。

圖4給出了不同p1x值時(shí)天線S11的仿真結(jié)果，可以看出改變p1x對(duì)7 GHz處的S11值有明顯改善，且當(dāng)p1x=0.20 mm時(shí)，7 GHz附近的S11在-10 dB以下，并且?guī)捵畲?，達(dá)到2.68~12.63 GHz。

0-5fmin0-5-10-10S11(dB)S11(dB)fmax-15-20-25-30-35-4012-15-20-25-302345 cr=13.0mm p2l=4.0mm p2l=5.0mm p2l=5.3mm p2l=6.0mm*** cr=13.4mm cr=13.8mm cr=14.0mm67891011121314Frequency(GHz)Frequency(GHz)

圖2不同cr時(shí)天線的S1圖3不同p2l時(shí)S11與頻率的關(guān)系

0plx=0.20mm-5plx=0.24mmplx=0.28mm42Gain(dBi)S11(dB)-10plx=0.30mm0-2-4-***89Frequency(GHz)10111213-62468101214Frequency(GHz)

圖4不同p1x時(shí)S11與頻率的關(guān)系圖

圖5增益圖

4測(cè)試結(jié)果

根據(jù)前面的研究結(jié)果實(shí)現(xiàn)的天線如圖6所示，天線的尺寸為p2l=5.0 mm、p2x=2.7 mm、p1l=5.4 mm、p1x=0.20 mm、cr=13.4 mm，使用Agilent公司的網(wǎng)絡(luò)分析儀N5221測(cè)量了天線的S參數(shù)，結(jié)果如圖7所示。對(duì)比圖2中cr=13.4 mm和圖7可知，天線測(cè)量結(jié)果與仿真基本一致，尤其在在6 GHz-13 GHz處較為吻合。天線的方向圖和增益如圖8-10所示。圖8給出了天線增益，在3-8GHz，增益都大于3dB，最大值為4.11dB，而在3-12GHz，增益較低，尤其在11GHz時(shí)，只有-6dB。圖9-10給出了天線在5GHz處的方向圖，可以看出，天線在H面為全向輻射，在E面方向圖為8字形，在其他頻段的方向圖與5GHz處的基本相同。對(duì)于實(shí)測(cè)與仿真結(jié)果的差距，可以通過提高加工精度和改進(jìn)測(cè)量技術(shù)來得到改善。

(a)正面結(jié)構(gòu)

(b)反面結(jié)構(gòu)

圖6 天線實(shí)物圖

50-5S11(dB)0-5Gain(dBi)-10-15-20-25-30-10-15-20-354812Frequency(GHz)16200246810121

4Frequency(GHz)

圖7 實(shí)際天線回波損耗S1圖8 增益圖

00-20-40-60-80-60-40-200210***027090 033030 co-pol cross-pol 0-30-60-90-60-30024027033030 cross-pol co-pol300603006090 120210180150

圖9 H面方向圖

圖10 E面方向圖 5GHz處實(shí)現(xiàn)有阻帶特性的超寬帶天線

為了進(jìn)一步增加5 GHz附近的S11，減小這個(gè)頻段的輻射，實(shí)現(xiàn)有陷波特性的超寬帶天線，在圓形貼片上加載多邊形槽線，其結(jié)構(gòu)如圖11所示，槽線的總長(zhǎng)度計(jì)算公式為

Lslot?c/{2f[(?r?1)/2]1/2}

(1)其中c表示光速;f為槽線的諧振頻率;εr為介質(zhì)板的相對(duì)介電常數(shù)[5]。根據(jù)陷波頻帶的中心頻率為5 GHz，由式(1)計(jì)算出槽線的長(zhǎng)度為15.84 mm.圖12給出了fl3對(duì)S11的影響，由圖知，當(dāng)fl3改變時(shí)，即槽線的總長(zhǎng)度改變時(shí)，天線的陷波頻段也隨著變化，當(dāng)fl3=1.5 mm時(shí)，5GHz處fl3最大并在-10 dB以上；此時(shí)的增益圖如圖13所示，可以看出，當(dāng)f=5 GHz時(shí)，增益由原來的3.2dB降為-1.68451 dBi，在其他頻段增益基本沒變化。

圖11 開槽的正面結(jié)構(gòu)模型

0-5-10-15-20-25-300246 fl3=1mm fl3=0.5mm fl3=0.9mm fl3=1.5mm8101214642Gain(dBi)S11(dB)-2-4-6246810Frequency(GHz)1214

Frequency(GHz)0

圖12不同fl3時(shí)S11與頻率的關(guān)系圖

圖13 增益圖 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的差分超寬帶天線，實(shí)現(xiàn)了2.5~13 GHz的工作帶寬，輻射特性良好。天線尺寸為：p2l=5.0 mm、p2x=2.7 mm、p1l=5.4 mm、p1x=0.20 mm、cr=13.4 mm。利用折合形開槽技術(shù)在兩貼片上分別對(duì)稱開槽，在5GHz處實(shí)現(xiàn)了阻帶特性。參考文獻(xiàn)：

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第二篇：無線通信系統(tǒng)中差分雙頻封裝天線及寬帶接收機(jī)研究與設(shè)計(jì)（范文）

無線通信系統(tǒng)中差分雙頻封裝天線及寬帶接收機(jī)研究與設(shè)計(jì) 【摘要】：隨著無線通信的發(fā)展,移動(dòng)終端已經(jīng)發(fā)展成為個(gè)人智能設(shè)備。射頻前端作為移動(dòng)終端的重要組成部分,其向著小型化、多標(biāo)準(zhǔn)接入、低成本和高性能方向發(fā)展。封裝天線是解決系統(tǒng)高集成度最有前景的方案,其研究受到了廣泛的關(guān)注。同時(shí),無線通信系統(tǒng)要求射頻前端擁有寬頻帶和多頻段工作的性能。因此,本文主要研究了差分雙頻封裝天線和寬帶的射頻接收機(jī)。論文的主要內(nèi)容如下：首先,介紹了差分雙頻封裝天線的研究和發(fā)展現(xiàn)狀、描述天線基本性能的幾個(gè)重要參數(shù),以及天線的數(shù)值分析方法。同時(shí),介紹了典型射頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)。其次,提出了一種多層結(jié)構(gòu)的差分雙頻封裝天線(AiP),主要研究了封裝結(jié)構(gòu)和T型縫隙對(duì)天線性能的影響。封裝結(jié)構(gòu)的引入激勵(lì)了一個(gè)新的諧振點(diǎn),使得天線實(shí)現(xiàn)雙頻工作,并提高了阻抗匹配性能。T型縫隙的引入優(yōu)化了高頻段的匹配性能并抑制了高次模對(duì)高頻輻射性能的影響,使得高頻方向圖的分瓣現(xiàn)象得到了改善。測(cè)量結(jié)果表明,該天線工作于2.49GHz和5.8GHz,與仿真結(jié)果基本吻合,10dB相對(duì)帶寬分別為1.61%(2.47-2.51GHz)和5.51%(5.67-5.99GHz),且具有良好的輻射性能。最后,提出了一種采用零中頻解調(diào)方式的寬頻帶接收機(jī)。該接收機(jī)采用LinearTechnology公司的LT5575和LT6600-20芯片實(shí)現(xiàn)解調(diào)、基帶信號(hào)濾波和放大的功能。測(cè)試結(jié)果表明,該接收機(jī)實(shí)現(xiàn)了良好的寬帶工作,工作帶寬為1.2GHz(1.5GHz-2.7GHz),并且在整個(gè)工作頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好的性能,解調(diào)信號(hào)的帶寬為20MHz,接收機(jī)

增益約為13dB,射頻信號(hào)的最小接收功率為-25dBm。同時(shí),本文采用GSM信號(hào)進(jìn)一步測(cè)試了接收機(jī)的接收性能?！娟P(guān)鍵詞】：無線通信系統(tǒng)封裝天線差分天線雙頻天線寬帶接收機(jī)零中頻接收機(jī) 【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué) 【學(xué)位級(jí)別】：碩士 【學(xué)位授予年份】：2013 【分類號(hào)】：TN820;TN858 【目錄】：中文摘要8-9ABSTRACT9-11第一章緒論11-231.1課題研究的背景及意義11-121.2無線通信系統(tǒng)中天線的研究現(xiàn)狀12-141.2.1封裝天線12-131.2.2差分天線13-141.3微帶天線的雙頻技術(shù)14-151.4典型射頻接收機(jī)的結(jié)構(gòu)15-171.4.1超外差接收機(jī)結(jié)構(gòu)15-161.4.2零中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)16-171.5本文的研究?jī)?nèi)容和主要貢獻(xiàn)17-18參考文獻(xiàn)18-23第二章天線基礎(chǔ)理論及接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)23-302.1天線的基本參數(shù)23-262.1.1天線的輸入阻抗、駐波比和回波損耗23-242.1.2天線的輻射方向圖和方向性24-252.1.3天線的增益252.1.4天線的頻帶寬度25-262.1.5天線的極化特性262.1.6天線的效率262.2天線的數(shù)值分析方法26-272.3接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)27-282.3.1噪聲系數(shù)27-282.3.2靈敏度282.3.3動(dòng)態(tài)范圍282.4本章小結(jié)28-29參考文獻(xiàn)29-30第三章差分雙頻封裝天線研究與設(shè)計(jì)30-413.1引言303.2差分雙頻封裝天線研究與設(shè)計(jì)30-393.2.1差分天線的理論30-313.2.2天線的設(shè)計(jì)及其結(jié)構(gòu)31-333.2.3天線的性能分析33-383.2.4測(cè)量結(jié)果及分析38-393.3本章小結(jié)39-40參考文獻(xiàn)40-41第四章寬帶

零中頻接收機(jī)的研究和設(shè)計(jì)41-484.1引言414.2接收機(jī)的設(shè)計(jì)41-434.2.1接收機(jī)電路的總體設(shè)計(jì)41-424.2.2解調(diào)芯片的電路設(shè)計(jì)424.2.3濾波和放大電路的設(shè)計(jì)42-434.3接收機(jī)實(shí)際電路的測(cè)試和分析43-464.4本章小結(jié)46參考文獻(xiàn)46-48第五章天線和接收機(jī)的測(cè)量48-545.1天線的測(cè)量48-525.1.1天線S參數(shù)的測(cè)量48-495.1.2天線遠(yuǎn)場(chǎng)特性的測(cè)量49-525.2接收機(jī)的測(cè)量52-53參考文獻(xiàn)53-54第六章總結(jié)與展望54-56攻讀學(xué)位期間取得的研究成果及參與科研的項(xiàng)目56-57致謝57-58個(gè)人簡(jiǎn)況及聯(lián)系方式58-60

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第三篇：可重構(gòu)天線研究

可重構(gòu)天線設(shè)計(jì)

近年來，無線通信技術(shù)得到飛速發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)天線性能的要求越來越高。大容量、多功能、超寬帶是目前無線通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，為了提高系統(tǒng)容量，下一代無線通信將更多的考慮采用MIMO技術(shù)。MIMO技術(shù)指的是利用多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線進(jìn)行無線傳輸?shù)募夹g(shù)，在分集技術(shù)出現(xiàn)后多徑效應(yīng)在MIMO系統(tǒng)中作為一個(gè)有利因素被加以利用，從而改善了每一個(gè)用戶的服務(wù)質(zhì)量及提高了頻譜利用率。但是，隨著使用天線數(shù)目的增加，通信系統(tǒng)的整體成本和重量也隨之增加，而且會(huì)帶來電磁兼容方面的問題，使得MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和成本大幅度增高，不能充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。技術(shù)相對(duì)成熟的相控陣天線又存在饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、需增加移相器以及由此造成的高成本和高技術(shù)難度等缺點(diǎn)。可重構(gòu)天線在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。

可重構(gòu)天線就是采用同一個(gè)天線或天線陣，通過引入開關(guān)器件控制天線的輻射結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)工作模式的轉(zhuǎn)換，使其具有多個(gè)天線的功能。這種天線能夠根據(jù)應(yīng)用需求改變其關(guān)鍵特性參數(shù)，如工作頻率、輻射方向圖、極化方式、雷達(dá)散射截面和輸入阻抗等，具有不用人工干預(yù)，便于控制等特點(diǎn)?？芍貥?gòu)天線為天線技術(shù)的發(fā)展帶來了一次革命，為提高無線通信系統(tǒng)容量、擴(kuò)展系統(tǒng)功能、增加系統(tǒng)工作帶寬、實(shí)現(xiàn)軟件無線電等方面提供重要的技術(shù)保障，將對(duì)無線通信技術(shù)帶來深遠(yuǎn)的影響。

可重構(gòu)天線按照功能可分為頻率可重構(gòu)天線、方向圖可重構(gòu)天線、頻率和方向圖同時(shí)可重構(gòu)天線、極化可重構(gòu)天線等。方向圖是天線的一個(gè)重要特性，在軍民用雷達(dá)、智能武器制導(dǎo)、無線通信等系統(tǒng)中要求天線具有方向圖可控性，因此，方向圖可重構(gòu)天線是可重構(gòu)天線研究的重要方向。

1可重構(gòu)天線基本原理

天線設(shè)計(jì)是一個(gè)很復(fù)雜的電磁問題, 雖然天線的種類形形色色, 但其本質(zhì)歸根到底就是設(shè)計(jì)一個(gè)具有特定電流分布的輻射體。天線所要求的各個(gè)參數(shù)都是由其輻射體或包圍輻射體的封閉面上的電流分布決定的?？芍貥?gòu)天線作為一種新型的天線, 之所以可以重構(gòu)天線的參數(shù)、具有可切換的不同的工作模式, 其本質(zhì)也就是通過改變天線的結(jié)構(gòu)進(jìn)而改變天線的電流分布來實(shí)現(xiàn)的。因此, 可重構(gòu)天線的設(shè)計(jì)需要高效的電磁分析手段, 而不是等同于多個(gè)傳統(tǒng)天線的簡(jiǎn)單疊加。目前在可重構(gòu)天線設(shè)計(jì)的電磁分析中廣泛使用的方法有: 時(shí)域有限差分法(FDTD)、有限元法(FEM)、邊界元法(BEM)、矩量法(MOM)等。特別是FDTD, 由于它具有建模容易、計(jì)算時(shí)間短、對(duì)電磁特性模擬精確等優(yōu)點(diǎn), 因此在可重構(gòu)天線的設(shè)計(jì)中有很大的應(yīng)用價(jià)值。

2頻率可重構(gòu)天線

理想的頻率可重構(gòu)天線指的是保持天線其他特性不變，在一定范圍內(nèi)具有對(duì)頻率的調(diào)諧或切換能力的大線。重構(gòu)天線工作頻率的方法有：加載開關(guān)，加載可變電抗元件，改變天線機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及改變天線的材料特性。這些方法都依據(jù)相同的工作原理:改變大線的有效電長(zhǎng)度從而使相應(yīng)的L作頻率發(fā)生變化。

線天線，環(huán)天線，縫隙天線和微帶天線都屬于諧振天線。對(duì)于這些類型的大線而言，天線的有效電長(zhǎng)度主要決定了天線的工作頻率、帶寬(分?jǐn)?shù)帶寬一般不超過10%，常見數(shù)值在1%到3%之間)和天線上的電流分布。比如，對(duì)于傳統(tǒng)的線性雙極大線，一階諧振發(fā)生在天線長(zhǎng)度接近半個(gè)波長(zhǎng)處，這時(shí)天線表面的電流分布導(dǎo)致了水平全向的輻射模式。因此，如果我們希望使該天線工作于更高的頻率，我們可以縮短雙極天線的長(zhǎng)度，而這個(gè)長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于改變后的工作頻率的半個(gè)波長(zhǎng)，這樣便達(dá)到了頻率重構(gòu)的目的。以上準(zhǔn)則不僅對(duì)于雙極大線成立，也同樣適用于環(huán)天線、縫隙天線和微帶天線。

2.1開關(guān)可重構(gòu)

天線的有效電長(zhǎng)度可以通過加載開關(guān)的方法加以控制改變，從而達(dá)到重構(gòu)天線頻率的目的，比如光學(xué)開關(guān)，PIN二極管開關(guān)，F(xiàn)ET開關(guān)，以及射頻為電子機(jī)械系統(tǒng)——MEMS開關(guān)等。據(jù)文獻(xiàn)中介紹，光學(xué)開關(guān)相對(duì)于其他類型的開關(guān)，有助于減少開關(guān)數(shù)量并且降低開關(guān)偏置線的影響。

2.2加載可變電抗

加載可變電抗元件的重構(gòu)方式與加載開關(guān)的重構(gòu)方式基本相同，兩者的區(qū)別只在于，前者能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的離散切換，后者則可以在兒個(gè)頻率之間進(jìn)行連續(xù)調(diào)諧。

文獻(xiàn)中一種連續(xù)調(diào)諧微帶貼片天線，就是在天線的兩輻射邊分別加載變?nèi)菀粯O管。變?nèi)莨艿姆雌妷悍秶?到30V之間，對(duì)應(yīng)其電容值可以從24連續(xù)變化至0.4pF。隨著偏置電壓的改變，加載貼片邊緣的電容值對(duì)天線的有效電長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)諧，由此可獲得一個(gè)大帶寬連續(xù)頻率調(diào)諧范圍。

2.3改變機(jī)械結(jié)構(gòu)

相對(duì)于電重構(gòu)方式，采用機(jī)械方式重構(gòu)天線結(jié)構(gòu)能夠獲得更大的頻率變化，不論是在開關(guān)離散重構(gòu)還是連續(xù)變化重構(gòu)的情況下。這種重構(gòu)方式的主要挑戰(zhàn)在于天線的物理設(shè)計(jì)，激勵(lì)機(jī)制，以及在結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大的變化的同時(shí)對(duì)天線其他特性性狀的保持上。一種通過機(jī)械結(jié)構(gòu)變化而連續(xù)調(diào)諧天線頻率的的例子是一個(gè)磁制動(dòng)微帶天線。天線工作于26GHz附近。在天線表面附著一層很薄的磁材料，天線的輻射片與介質(zhì)基片構(gòu)成一定的角度.利用一種被稱為塑料變形組裝的微機(jī)械加工過程，對(duì)該天線施加外加的DC磁場(chǎng)可以使粘合在基片上的彎折塑料部分變形，從而導(dǎo)致輻射貼片與基片的夾角發(fā)生變化。角度上小的改變會(huì)導(dǎo)致工作頻率的變化而保持輻射特性無明顯變化;而大的角度變化則在改變工作頻率的同時(shí)，使天線的輻射方向圖也發(fā)生明顯的改變。特別是當(dāng)貼片與水平基片之間的仰角超過45度時(shí)，天線的方向圖更接近一個(gè)喇叭天線，而當(dāng)仰角接近90度時(shí)，天線的方向圖則過渡為單極天線的形式。

2.4改變材料特質(zhì)

雖然對(duì)導(dǎo)體重構(gòu)的設(shè)計(jì)思想在可重天線設(shè)計(jì)中占主導(dǎo)地位，改變天線的材料特性同樣能夠到達(dá)對(duì)天線頻率的調(diào)諧。應(yīng)用靜電場(chǎng)可以改變鐵電體材料的相對(duì)介電常數(shù)，而應(yīng)用靜磁場(chǎng)可以改變鐵氧體材料的相對(duì)磁導(dǎo)率。這些相對(duì)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的變化會(huì)導(dǎo)致天線有效電長(zhǎng)度的改變，從而改變天線的工作頻率。這一方法本質(zhì)上的一大優(yōu)點(diǎn)是，這類材料的相對(duì)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率比較一般常用材料的相應(yīng)數(shù)值要高，這可以顯著減小天線的尺寸。而這一方法的主要缺點(diǎn)則是，這些標(biāo)準(zhǔn)鐵電體和鐵氧體材料(通常厚度在毫米量級(jí))相對(duì)于其他類型基片的高傳導(dǎo)率會(huì)嚴(yán)重?fù)p害天線的效率。

3極化可重構(gòu)天線

天線極化可重構(gòu)性作為一種附加的自由度，通過在系統(tǒng)使用中切換天線的分集方式，可以有助于提高系統(tǒng)在變化的環(huán)境中對(duì)干擾信號(hào)的免疫能力，從而達(dá)到改善鏈路質(zhì)量的效果。天線表面的電流方向決定著天線遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)的極化方式。為獲得極化可重構(gòu)性，天線結(jié)構(gòu)，材料特性，或者饋電結(jié)構(gòu)必須改變天線表面的電流方向。極化可重構(gòu)可以是不同方向的線極化之間的重構(gòu)、左旋或右旋圓極化之間的重構(gòu)，或者是線極化與圓極化之間的重構(gòu)。達(dá)到這些改變的機(jī)制(比如改變開關(guān)狀態(tài)或結(jié)構(gòu))與前面描述的頻率重構(gòu)機(jī)制基本相同，當(dāng)然，它們具體的實(shí)現(xiàn)方式有所差異。該種重構(gòu)性主要的實(shí)現(xiàn)困難在于，在實(shí)現(xiàn)極化可重構(gòu)性的同時(shí)要保持天線的阻抗或頻率特性的穩(wěn)定。

由于微帶天線易于產(chǎn)生線極化和及圓極化波的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今文獻(xiàn)中報(bào)道的極化可重構(gòu)大線設(shè)計(jì)基本都是基于微帶天線形式的。

Fries等人研制了一種帶有PIN三極管開關(guān)的縫隙環(huán)天線。該天線可以實(shí)現(xiàn)線極化與圓極化、或左旋與右旋圓極化狀態(tài)之間的切換。對(duì)于線極化/圓極化設(shè)計(jì)，將位于45°和一135°方向的兩個(gè)二極管正偏可獲得線極化特性，反偏則獲得圓極化特性。為實(shí)現(xiàn)左旋與右旋圓極化狀態(tài)之間的重構(gòu)，在設(shè)計(jì)中增加了對(duì)稱的不連續(xù)結(jié)構(gòu)。在兩種設(shè)計(jì)中，為開關(guān)提供適當(dāng)?shù)腛C偏置的同時(shí)又要保證RF信號(hào)的連續(xù)性(采用電容連接地平面各部分)，所以對(duì)地平面的設(shè)計(jì)尤其重要。該結(jié)構(gòu)說明了相對(duì)于傳統(tǒng)的固定天線，為使天線具有可重構(gòu)性需要附加元素的重要性——基本輻射結(jié)構(gòu)可能大致相同，但是在提供DC偏置連接和保持RF信號(hào)穩(wěn)定方面則需要做重大調(diào)整。

4方向圖可重構(gòu)

理想的方向圖可重構(gòu)天線指的是，在保持天線其他特性參數(shù)不變的情況下對(duì)輻射方向圖具有調(diào)節(jié)能力的天線。天線輻射結(jié)構(gòu)上電流或磁流的分布情況直接決定了天線的空間輻射方向圖的形狀。由于這種源電流與由其導(dǎo)致的輻射方向圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使得在保證頻率特性不發(fā)生很大改變的前提條件下獲得方向圖重構(gòu)性能變得十分困難。天線設(shè)計(jì)者首先要確定所需的電流分布(包括幅度和相位信息)。一旦所需的電流分布拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定下來，設(shè)計(jì)者根據(jù)這一點(diǎn)選擇一種基本的天線形式，然后對(duì)其做必要改動(dòng)最后實(shí)現(xiàn)期望的電流分布形式.這一設(shè)計(jì)過程與陣列合成技術(shù)十分相似。剩下的任務(wù)就是考慮如何修改設(shè)計(jì)以保證天線終端的阻抗特性不發(fā)生大的改變，或者為改變的阻抗特性提供可調(diào)節(jié)的補(bǔ)償匹配電路。在某些情況下，可以選擇諸如反射器天線或寄生禍合天線結(jié)構(gòu)。這類天線的輸入端與天線結(jié)構(gòu)的重構(gòu)部分具有更好的隔離，這就允許天線的阻抗特性不隨方向圖的重構(gòu)而發(fā)生改變。

5國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

雖然可重構(gòu)天線在近年來得到了高度重視，并且研究發(fā)展迅速，但是在具體實(shí)現(xiàn)上還存在一些難點(diǎn)和瓶頸。首先，開關(guān)的引入會(huì)影響天線的電流分布，天線產(chǎn)生的輻射場(chǎng)，對(duì)射頻開關(guān)的性能也會(huì)帶來影響，而目前有不少關(guān)于可重構(gòu)天線的研究并沒有采用真實(shí)的開關(guān)。其次，可重構(gòu)天線的研究成果中極少提到偏置電路的設(shè)計(jì)思路。最后，可重構(gòu)天線包含了天線本身、射頻開關(guān)、直流偏置電路等方面的內(nèi)容，而絕大部分的研究?jī)H限于開關(guān)和天線本身，很少有對(duì)可重構(gòu)天線進(jìn)行整體性研究的例子。

通常為了衡量天線的性能，我們關(guān)注天線的兩種類型參數(shù)性能，一是天線的輸入端口阻抗隨頻率變化的性能(或稱天線的頻率響應(yīng)特性);一是天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射性能(或稱輻射模式)。天線作為一種換能器裝置能夠?qū)⒉▽?dǎo)中傳播的導(dǎo)行波轉(zhuǎn)化為自由空間傳播的電磁波。因此天線兼具路和場(chǎng)的性質(zhì)。作為電路一部分的天線模塊，相對(duì)于饋線來說是一個(gè)一端口負(fù)載元件，其輸入阻抗和帶寬由天線類型、天線表面源分布情況和周圍環(huán)境等因素決定。尤其是輸入阻抗，對(duì)于饋電點(diǎn)附近的物理細(xì)節(jié)十分敏感.另一方面，電磁波的輻射是由時(shí)變電流元和磁流元產(chǎn)生的，作為空間輻射源的天線模塊，其上的時(shí)變?cè)吹姆植紶顟B(tài)決定著它的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射模式。改變天線的表面電流或磁流分布狀態(tài)就能夠改變它的空間輻射特性(這也是重構(gòu) 天線輻射模式的著眼點(diǎn))，但同時(shí)天線的頻響特性也發(fā)生變化;反之為了改變天線的頻率響應(yīng)而改變天線表面的源分布也會(huì)影響其空間輻射性能。由此我們可以獲得如下結(jié)論:對(duì)天線的頻率響應(yīng)和輻射模式參數(shù)的兩者之一進(jìn)行重構(gòu)勢(shì)必會(huì)影響天線另一個(gè)參數(shù)的性能。即，頻率響應(yīng)的改變會(huì)對(duì)輻射模式產(chǎn)生影響:而天線輻射模式的變化也同樣會(huì)影響天線的頻率響應(yīng)性能。而可重構(gòu)天線終極的研究目標(biāo)是希望獲得對(duì)天線的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行分別獨(dú)立控制的能力。因此這種頻率響應(yīng)與輻射模式之間的關(guān)聯(lián)性質(zhì)成為可重構(gòu)天線設(shè)計(jì)者面臨的最大挑戰(zhàn)。國內(nèi)外對(duì)可重構(gòu)天線重構(gòu)參數(shù)的研究主要集中在頻率、方向圖、極化方式等方面，其中頻率可重構(gòu)天線的研究成果較多。近來，人們將分形天線引入到可重構(gòu)天線研究中，在分形天線口徑的適當(dāng)位置安裝MEMS開關(guān)，通過調(diào)節(jié)開關(guān)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)天線的頻率重構(gòu)或方向圖重構(gòu)。由于分形圖形具有自相似性，因而分形天線具有重構(gòu)工作頻率的潛力。目前，國內(nèi)才剛剛開始對(duì)分形天線進(jìn)行可重構(gòu)方面的研究工作，而國外的研究也多在頻率重構(gòu)方面，方向圖重構(gòu)方面的研究進(jìn)行得相對(duì)較少。

第四篇：手機(jī)天線市場(chǎng)研究與預(yù)測(cè)報(bào)告

手機(jī)天線市場(chǎng)研究與預(yù)測(cè)報(bào)告

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【目 錄】

第一章 手機(jī)天線概述

第一節(jié) 手機(jī)天線的一般性介紹

第二節(jié) 手機(jī)天線制作原理及分類

一、天線工作原理及作用

二、天線的種類

第三節(jié) 手機(jī)天線主要技術(shù)指標(biāo)解析

第二章 全球手機(jī)天線市場(chǎng)分析

第一節(jié) 市場(chǎng)規(guī)模分析

第二節(jié) 部分生產(chǎn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀

第三節(jié) 主要生產(chǎn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力分析

第三章 中國手機(jī)天線市場(chǎng)分析

第一節(jié) 市場(chǎng)規(guī)模分析

第二節(jié) 行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)分析

第三節(jié) 未來市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

第四章 中國手機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析

第一節(jié) 中國手機(jī)行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

一、手機(jī)行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r分析

二、我國移動(dòng)電話機(jī)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

三、手機(jī)行業(yè)質(zhì)量問題分析

四、中國手機(jī)售后服務(wù)調(diào)查

第二節(jié) 手機(jī)用戶研究分析

一、用戶特征概括

二、用戶特征研究

三、用戶上網(wǎng)行為研究

四、主流品牌用戶特征研究

第三節(jié) 中國手機(jī)市場(chǎng)熱門機(jī)型分析

一、市場(chǎng)概述與主要結(jié)論

二、熱門機(jī)型現(xiàn)狀與特征

三、熱門機(jī)型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征

四、主流廠商熱門機(jī)型分析

五、熱門機(jī)型演變趨勢(shì)分析

第四節(jié) 中國手機(jī)市場(chǎng)季度分析

第五章 業(yè)內(nèi)部分企業(yè)分析（排名不分先后）

第一節(jié) 飛創(chuàng)

第二節(jié) 安費(fèi)諾

第三節(jié) 斯凱科斯電子

第四節(jié) 訊創(chuàng)電子

第五節(jié) 臺(tái)灣耀登電子

第六節(jié) 圣韻電子

第七節(jié) 加利

第八節(jié) 日本友華

第九節(jié) 貝爾羅斯

第十節(jié) 美國艾斯

第六章 手機(jī)天線應(yīng)用市場(chǎng)分析

第一節(jié) 全球手機(jī)市場(chǎng)分析

一、市場(chǎng)規(guī)模分析

二、手機(jī)產(chǎn)能增長(zhǎng)，配套天線需求強(qiáng)勁

三、競(jìng)爭(zhēng)格局分析

第二節(jié) 中國手機(jī)市場(chǎng)分析

一、市場(chǎng)規(guī)模分析

二、產(chǎn)銷出口分析

第七章 手機(jī)天線技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

第一節(jié) 天線技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

一、智能型天線

二、微型天線：平板、槽孔

三、其他技術(shù)趨勢(shì)

第二節(jié) 微型化天線設(shè)計(jì)趨勢(shì)與技術(shù)

一、新型態(tài)的微型天線設(shè)計(jì)方式

1、手機(jī)天線的設(shè)計(jì)

2、手機(jī)通訊天線的分類

2.1倒F型天線

2.2單極天線（monopole Antenna）

2.3碎形天線（Fractal antenna）

3、天線的屏障材料應(yīng)用趨勢(shì)

4、多無線標(biāo)準(zhǔn)的整合型設(shè)計(jì)

5、藉IMD天線達(dá)成多重架構(gòu)整合二、微型化天線的類型、結(jié)構(gòu)與挑戰(zhàn)

1、微型化、智能化的天線設(shè)計(jì)趨勢(shì)

2、滿足微型化設(shè)計(jì)所面對(duì)的挑戰(zhàn)

3、微型天線

4、行動(dòng)應(yīng)用中的天線設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)

5、射頻與基頻的設(shè)計(jì)方向

第八章 金融危機(jī)形勢(shì)下中國手機(jī)天線行業(yè)發(fā)展政策環(huán)境及未來發(fā)展預(yù)測(cè)

第一節(jié) 中國宏觀經(jīng)濟(jì)未來走勢(shì)預(yù)測(cè)

第二節(jié) 中國政府面對(duì)金融危機(jī)的貨幣調(diào)整政策研究

第三節(jié) 中國政府對(duì)手機(jī)天線行業(yè)產(chǎn)業(yè)政策及影響分析

第四節(jié) 金融危機(jī)形勢(shì)下中國手機(jī)天線行業(yè)未來發(fā)展預(yù)測(cè)

第五節(jié) 金融危機(jī)對(duì)中國手機(jī)天線行業(yè)影響期限預(yù)測(cè)

第六節(jié) 金融危機(jī)對(duì)中國手機(jī)天線行業(yè)的警示分析

第九章 金融危機(jī)給中國手機(jī)天線企業(yè)帶來市場(chǎng)機(jī)遇探析

第一節(jié) 中國手機(jī)天線企業(yè)在金融危機(jī)中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)分析

第二節(jié) 金融危機(jī)對(duì)中國手機(jī)天線企業(yè)并購國外企業(yè)機(jī)會(huì)分析

第三節(jié) 中國手機(jī)天線企業(yè)如何在金融危機(jī)中把握市場(chǎng)機(jī)遇

第五篇：天線設(shè)計(jì)畢業(yè)論文概要

第一章緒論

一、緒論

1.1課題的研究背景及意義

自古至今，通信無時(shí)無刻不在影響著人們的生活，小到一次社會(huì)交際中的簡(jiǎn)單對(duì)話；大到進(jìn)行太空探索時(shí)，人造探測(cè)器與地球間的信息交換?？梢院敛槐Ａ舻卣f，離開了通信技術(shù)，我們的生活將會(huì)黯然失色。近年來，隨著光纖技術(shù)越來越成熟，應(yīng)用范圍越來越廣。在廣播電視領(lǐng)域，光纖作為廣播電視信號(hào)傳輸?shù)拿襟w，以光纖網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的格局已經(jīng)形成。光纖傳輸系統(tǒng)具有的傳輸頻帶寬，容量大，損耗低，串?dāng)_小，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已成為城市最可靠的數(shù)字電視和數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌?，也是?shí)現(xiàn)直播或兩地傳送最經(jīng)常使用的電視傳送方式。隨著全球通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，作為未來個(gè)人通信主要手段的現(xiàn)代通信技術(shù)引起了人們的極大關(guān)注，我國在移動(dòng)通信技術(shù)方面投入了巨大的人力物力，我國很多地區(qū)的電力通信專用網(wǎng)也基本完成了從主干線向光纖過度的過程。目前，電力系統(tǒng)光纖通信網(wǎng)已成為我國規(guī)模較大，發(fā)展較為完善的專用通信網(wǎng)，其數(shù)據(jù)、語音，寬帶等業(yè)務(wù)及電力生產(chǎn)專業(yè)業(yè)務(wù)都是由光纖通信承載，電力系統(tǒng)的生產(chǎn)生活，顯然，已離不開光纖通信網(wǎng)。無線通信現(xiàn)狀另一非常活躍的通信技術(shù)當(dāng)屬，無線通信技術(shù)了。無線通信技術(shù)包括了移動(dòng)通信技術(shù)和無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)等兩大主要方面。移動(dòng)通信就目前來講是3G 時(shí)代，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。目前，移動(dòng)通信已從模擬通信發(fā)展到了數(shù)字移動(dòng)通信階段。無線局域網(wǎng)可以彌補(bǔ)以光纖通信為主的有線網(wǎng)絡(luò)的不足，適用于無固定場(chǎng)所，或有線局域網(wǎng)架設(shè)受限制的場(chǎng)合，當(dāng)然，同樣也可以作為有線局域網(wǎng)的備用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。WLAN，目前廣泛應(yīng)用IEEE802.11 系列標(biāo)準(zhǔn)。其中，工作于2.4GHZ 頻段的820.11 可支持11Mbps 的共享接入速率；而802.11a 采用5GHZ 頻段，速率高達(dá)54Mbps，它比802.11b 快上五倍，并和820.11b 兼容。給人們的生活工作帶來了很大的方便與快捷。

在整個(gè)無線通信系統(tǒng)中，用來輻射或接收無線電波的裝置成為天線，而通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、廣播、電視等無線電技術(shù)設(shè)備都是通過無線電波來傳遞信息的，均需

要有無線電波的輻射和接收，因此，同發(fā)射機(jī)和接收機(jī)一樣，天線也是無線電技術(shù)設(shè)備的一個(gè)重要組成部分，其性能的優(yōu)良對(duì)無線通信工程的成敗起到重要作用。天線的作用首先在于輻射和接收無線電波，但是能輻射或接收電磁波的東西不一定都能作為天線。任何高頻電路，只要不被完全屏蔽，都可以向周圍空間或多或少地輻射電磁波，或從周圍空間或多或少地接收電磁波，但是任意一個(gè)高頻電路并不一定能用作天線，因?yàn)樗妮椛浠蚪邮招士赡芎艿停軌蛴行У剌椛浠蚪邮针姶挪?，天線在結(jié)構(gòu)和形式上必須滿足一定的要求?？焖侔l(fā)展的移動(dòng)通信系統(tǒng)需要的是小型化、寬頻帶、多功能(多頻段、多極化、高性能的天線。微帶天線作為天線家祖的重要一員，經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了可喜的進(jìn)步，在移動(dòng)終端中采用內(nèi)置微帶天線，不但可以減小天線對(duì)于人體的輻射，還可使手機(jī)的外形設(shè)計(jì)多樣化，因此內(nèi)置微帶天線將是未來天線技術(shù)的發(fā)展方向之一，設(shè)計(jì)出具有小型化的微帶天線不但具有一定的理論價(jià)值而且具有重要的應(yīng)用價(jià)值，這也成為當(dāng)前國際天線界研究的熱點(diǎn)之一。

因此，一副實(shí)用且性能良好的天線既要滿足系統(tǒng)易于集成化的要求，同時(shí)也要滿足各個(gè)系統(tǒng)的兼容性、可靠性要求，即為對(duì)天線小型化、寬頻帶、多頻帶的設(shè)計(jì)要求，因此本文主要對(duì)現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的多頻帶、寬帶、超寬帶天線進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。

1.2微帶天線的發(fā)展概述

早在1953年G.A.DcDhamps教授就提出利用微帶線的輻射來制成微帶微波天線的概念。但是，在接下來的近20年里，對(duì)此只有一些零星的研究。直到1972年，由于微波集成技術(shù)的發(fā)展和空間技術(shù)對(duì)低剖面天線的迫切需求，芒森(R．E ．Munson 和豪威爾(J．Q ．Howell 等研究者制成了第一批實(shí)用的微帶天線[1]。隨之，國際上展開了對(duì)微帶天線的廣泛研究和應(yīng)用。1979年在美國新墨西哥州大學(xué)舉行了微帶天線的專題目際會(huì)議，1981年IEEE 天線與傳播會(huì)刊在1月號(hào)上刊載了微帶天線專輯。至此，微帶天線已形成為天線領(lǐng)域中的一個(gè)專門分支，兩本微帶天線專輯也相繼問世。80年代中，微帶天線無論在理論與應(yīng)用的深度上和廣

度上都獲得了進(jìn)一步的發(fā)展；今天，這一新型天線已趨于成熟，其應(yīng)用正在與日俱增。微帶天線具有結(jié)構(gòu)緊湊、外觀優(yōu)美、體積小重量輕等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。

1.3小型化、多頻帶/寬頻帶天線的研究現(xiàn)狀 1.3.1天線小型化、寬頻帶研究現(xiàn)狀

天線作為無線收發(fā)系統(tǒng)的一部分，其性能的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有著重要的影響。微帶天線帶寬相對(duì)較窄，通常低于3%，而無線通信技術(shù)的發(fā)展，特別是高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及軍用寬帶無線系統(tǒng)的發(fā)展，要求天線具有更高的帶寬。同時(shí)在隨著電路集成度的提高，系統(tǒng)對(duì)天線的體積有著更高的要求，尤其是一些軍用和民用的領(lǐng)域，如導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)和手機(jī)等等，物理空間的限制成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的重要因素。此外隨著天線尺寸的減小，天線效率會(huì)顯著降低，帶寬也會(huì)隨之變窄。如何在天線帶寬等性能受尺寸限制的情況下，設(shè)計(jì)出寬帶小型化的微帶天線是近年出現(xiàn)的一個(gè)熱門課題。當(dāng)然優(yōu)化微帶天線設(shè)計(jì)方法的探討有著重要的意義。

1.3.2多頻帶天線的研究現(xiàn)狀

多頻天線主要有多頻振子天線[2]、多頻縫隙天線[3]和多頻微帶天線[4，多頻振子天線主要通過添加不同長(zhǎng)度的諧振振子來實(shí)現(xiàn)多頻帶，多頻縫隙天線主要通過在輻射單元以及輻射地結(jié)構(gòu)上進(jìn)行開縫改變電流流向來實(shí)現(xiàn)多頻化，多頻微帶天線則主要通過調(diào)節(jié)微帶線的長(zhǎng)度、寬度以及不同微帶線之間的距離來實(shí)現(xiàn)多頻化。隨著

1.4論文的主要研究?jī)?nèi)容

第二章微帶天線理論（參看寶兒書）第三章多頻帶天線設(shè)計(jì) 3.1天線多頻化實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3.2基于分形結(jié)構(gòu)的多頻微帶天線設(shè)計(jì) 3.1.1

三、微帶天線的小型化技術(shù)

天線作為無線收發(fā)系統(tǒng)的一部分，其性能的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有著重要的影響。微帶天線帶寬相對(duì)較窄，通常低于3%，而無線通信技術(shù)的發(fā)展，特別是高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及軍用寬帶無線系統(tǒng)的發(fā)展，要求天線具有更高的帶寬。同時(shí)在隨著電路集成度的提高，系統(tǒng)對(duì)天線的體積有著更高的要求，尤其是一些軍用和民用的領(lǐng)域，如導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)和手機(jī)等等，物理空間的限制成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的重要因素。此外隨著天線尺寸的減小，天線效率會(huì)顯著降低，帶寬也會(huì)隨之變窄。如何在天線帶寬等性能受尺寸限制的情況下，設(shè)計(jì)出寬帶小型化的微帶天線是近年出現(xiàn)的一個(gè)熱門課題。當(dāng)然優(yōu)化微帶天線設(shè)計(jì)方法的探討有著重要的意義。

3.1 天線加載

在微帶天線上加載短路探針 [4]，通過與饋點(diǎn)接近的短路探針在諧振空腔中引入耦合電容以實(shí)現(xiàn)小型化，典型結(jié)構(gòu)如圖3.1 所示。其缺點(diǎn)是:(1 阻抗匹配極大地依賴于短路探針的位置及其與饋電點(diǎn)的距離Δ，往往需要饋電點(diǎn)的精確定位和十分微小的Δ，這給制造公差提出了苛刻要求。(2 帶寬窄。(3 H 面的交叉極化電平相對(duì)較高。將短路探針替換為低阻抗的切片電阻(chip resistor，在進(jìn)一步降低諧振頻率的同時(shí)還可增加帶寬。

圖3.1 加載短路探針的微帶天線 3.2 采用特殊材料基片

從天線諧振頻率關(guān)系式可以知道，諧振頻率與介質(zhì)參數(shù)成反比，因此采用高介電常數(shù)(如陶瓷材料 或高磁導(dǎo)率(如磁性材料 的基片可降低諧振頻率，從而減小天線尺寸。這類高介質(zhì)天線的主要缺陷是:(a 激勵(lì)出較強(qiáng)的表面波，表面損

耗較大，使增益減小，效率降低。(b 帶寬窄。為提高增益，常在天線表面覆蓋介質(zhì)(如圖3.2 所示。

圖3.2 采用高r 的多層介質(zhì)微帶天線 3.3 表面開槽（slot）[5] 當(dāng)在貼片表面開不同形式的槽或細(xì)縫時(shí)(如圖3.3 所示，切斷了原先的表面電流路徑，使電流繞槽邊曲折流過而路徑變長(zhǎng)，在天線等效電路中相當(dāng)于引入了級(jí)聯(lián)電感。由于槽很窄，它可模擬為在貼片中插入一無限薄的橫向磁壁。選擇適當(dāng)?shù)牟蹚亩刂瀑N片表面電流以激勵(lì)相位差90°的極化簡(jiǎn)并模，還可形成圓極化輻射，以及實(shí)現(xiàn)雙頻工作。圖3.4 為表面開槽的口徑耦合饋電的小型圓極化貼片天線。

圖3.3 表面開槽的小型化微帶天線圖3.4 小型口徑耦合圓極化微帶

這類天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，加工方便，其特點(diǎn)是:隨槽的長(zhǎng)度增加，天線諧振頻率降低，天線尺寸減小，但尺寸的過分縮減會(huì)引起性能的急劇劣化，其中帶寬(一般約為1 % 與增益尤為明顯，而方向性影響不大。如何破除增益和帶寬這兩個(gè)限制，開發(fā)實(shí)用化、易調(diào)諧的此類天線尚待深入研究。

3.4 附加有源網(wǎng)絡(luò)

縮小無源天線的尺寸，會(huì)導(dǎo)致輻射電阻減小，效率降低。可利用有源網(wǎng)絡(luò)的放大作用及阻抗補(bǔ)償技術(shù)彌補(bǔ)由于天線尺寸縮小引起的指標(biāo)下降。有源天線具有以下良好特性:(1 工作頻帶寬。利用有源網(wǎng)絡(luò)的高輸出阻抗、低輸入阻抗，天線

帶寬高低端頻比可達(dá)20～30。(2 增益高(可達(dá)10dB 以上，方向性好。(3 便于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。(4 易實(shí)施天線方向圖，包括主波方向、寬度、前后輻射比等的電控。(5 有源天線陣具有單元間弱互耦的潛在性能。但有源天線需考慮噪聲及非線性失真問題。

3.5 采用特殊形式

這些方法總的思路是使貼片的等效長(zhǎng)度大于其物理長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)小型化目的。近年來由于無線通信的需求，有大量方案提出，如蝶形(bow2tie(如圖3.5所示、倒F 型(PIFA，planar inverted2F antenna(如圖3.6 所示、L 形、E 形、Y 形、雙C 形、層疊短路貼片(stacked shorted patch 等等。

圖3.5 雙頻帶蝶型微帶天線圖3.6 電容加載的倒F 型微帶天線（PIFA）

四、結(jié)束語

微帶天線由于具有體積小、重量輕、剖面薄、易與飛行器共形、易于加工、易與有源器件和電路集成為單一模塊等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而自其誕生以來就得到社會(huì)各界的廣泛研究與應(yīng)用。通訊產(chǎn)品越來越小型化，物理空間的限制成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的重要因素，因此天線的小型化成為天線設(shè)計(jì)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。如何設(shè)計(jì)出具有小型化的微帶天線是當(dāng)前微帶天線設(shè)計(jì)的難點(diǎn)與重點(diǎn)。

第二章

1.課題的研究背景及意義

從馬可尼橫跨大西洋的無線電通信創(chuàng)舉，到今天千百萬用戶隨時(shí)隨地暢通無阻的漫游，從現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)武器使用，到日常生活中便攜式通信設(shè)備普及，射頻無線通信技術(shù)取得了舉世矚目的成就，并且越來越緊密的影響和改變著我們的生活。剛剛過去的十年無疑是無線通信爆炸式發(fā)展和普及的十年，射頻電子技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代無線通信快速發(fā)展的基礎(chǔ)。通過近十年的發(fā)展來看，無線電通信技術(shù)變得更加實(shí)用，隨著通信事業(yè)的飛速發(fā)展，射頻前端電路的集成度越來越高，寬帶化要求日益增加，低成本、低功耗、小型化、重量輕等設(shè)計(jì)要求越來越苛刻，因此射頻前端電路與系統(tǒng)寬帶化設(shè)計(jì)顯得十分必要，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。0 天線是無線電系統(tǒng)中的重要部件之一，其主要功能是輻射和接收電磁波[1]，通信系統(tǒng)中的雷達(dá)、導(dǎo)航、廣播、電視等都是通過電磁波來傳遞信息的。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展, 基于分形結(jié)構(gòu)的多頻微帶天線設(shè)計(jì) 1分形天線結(jié)構(gòu)

多頻天線主要有多頻振子天線[2]、多頻 縫隙天線[3]和多頻微帶天線[4]，這些多頻天線輻射結(jié)構(gòu)之間相互獨(dú)立，沒有特定變化規(guī)律，而分形幾何結(jié)構(gòu)獨(dú)有空間填充性和自相似性的特

點(diǎn)，在多頻微帶天線的設(shè)計(jì)中可實(shí)現(xiàn)天線多頻化、小型化的目的[4]。目前采用分形結(jié)構(gòu)來實(shí)

現(xiàn)多頻工作的有Sierpinski 三角形分形[5]、寄生分形[6]、方形分形[7]、樹狀分形[8]結(jié)構(gòu)等，它

們通過改變分形次數(shù)而不引入有耗加載量，具有的規(guī)律性結(jié)構(gòu)使得小型化天線設(shè)計(jì)得到了簡(jiǎn)化

天線是無線電系統(tǒng)中的重要部件之一，其主要功能是輻射和接收電磁波[1]，通信系統(tǒng)中的雷達(dá)、導(dǎo)航、廣播、電視等都是通過電磁波來傳遞信息的。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展, 小型化、多功能成為人們對(duì)各種手持設(shè)備的不斷追求，這就需要一個(gè)終端設(shè)備能夠同時(shí)在多個(gè)頻段工作。2G 通話頻段（GSM1800）、世界公開使用的無線頻段（ISM2.4GHz）和用于無線通信的城域網(wǎng)頻段（WiMAX）是小型多功能手持設(shè)備工作的重要頻段，因此設(shè)計(jì)出能覆蓋上述頻段的天線具有實(shí)際意義...............................本文擬采用Sierpinski 分形結(jié)構(gòu)，利用加載諧振和匹配枝節(jié)的辦法，設(shè)計(jì)一款應(yīng)用于GSM1800（1710MHz~1850MHz）、ISM（2.4GHz）和WiMAX(3.3GHz~3.6GHz 的全向輻射微帶天線。設(shè)計(jì)原理

Sierpinski 分形有Sierpinski 三角和Sierpinski 毯兩種，其中Sierpinski 三角的形式多樣，應(yīng)用較為廣泛[9]。Sierpinski 三角形天線進(jìn)行分形之前, 其初始元會(huì)在低頻處產(chǎn)生一個(gè)諧振點(diǎn), 隨著天線分形結(jié)構(gòu)迭代次數(shù)的不斷增加, 天線的生成元不斷減小, 而天線將保持原有的諧振點(diǎn)不變并在高頻處增加新的諧振點(diǎn), 諧振點(diǎn)的個(gè)數(shù)與分形的迭代次數(shù)相等, 并且在各諧振頻點(diǎn)天線都具有相似的輻射性能。Sierpinski 三角形分形單元如圖1所示。

圖1Sierpinski 三角形分形單元

Sierpinski 三角形分形結(jié)構(gòu)具有多頻特性，且各個(gè)諧振頻點(diǎn)成比例。比例系數(shù)可通過改變墊片的形狀來調(diào)節(jié)，但不能無限次分形，其存在的截?cái)嘈?yīng)將導(dǎo)致第一諧振點(diǎn)與其它諧振

點(diǎn)不滿足諧振頻率[9] n n h c f δ26.0=（1）

比例關(guān)系。其中，c 為空氣中的光速，h 為迭代前三角形的高度，δ為天線的縮放因子。若通過加載枝節(jié)的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，則可以解決僅采用Sierpinski 三角形

分形結(jié)構(gòu)時(shí)頻點(diǎn)位置難以調(diào)節(jié)和不能無限次分形實(shí)現(xiàn)多頻化的問題。加載的微帶枝節(jié)長(zhǎng)度L 和寬度W 的表示式

分別為[10] L f c L e ?-=22(2 2 1(2-+=r f c W ε(3 其中，r ε為相對(duì)介電常數(shù)，e ε為有效介電常數(shù)，其計(jì)算式為[10] 121(21 21-+-++=w h r r e εεε（4）L ?為等效長(zhǎng)度，由式（5）計(jì)算[10] 8.0(258.0(264.0(3.0(412.0+-++=?w w h L e e εε（5）2 天線設(shè)計(jì) 2.1天線模型設(shè)計(jì)

該天線基于Sierpinski 分形結(jié)構(gòu)，采用兩次三角形分形分別產(chǎn)生1.7GHz 和3.5GHz 兩個(gè)諧振點(diǎn)，加入短諧振枝節(jié)產(chǎn)生2.4GHz 的諧振點(diǎn)，加入長(zhǎng)匹配枝節(jié)調(diào)節(jié)低頻1.7GHz 諧振點(diǎn)后移至1.8GHz 處，克服了低頻諧振點(diǎn)因加入短諧振枝節(jié)以及耦合的影響出現(xiàn)前移的問題，背面采用2.3mm 寬的反射參考地結(jié)構(gòu)，保證天線各處輻射大小相等，實(shí)現(xiàn)全向輻射。設(shè)計(jì)天線模型如圖2所示。

(a 正面

(b 背面 圖2 天線模型 2.2 模型參數(shù)設(shè)計(jì)

采用聚四氟乙烯材料為介質(zhì)基板，介電常數(shù)（r）為3.5，基板尺寸為53.6mm* 46.7mm*1mm。由式（1）可以計(jì)算求得Sierpinski 三角形分形輻射貼片的尺寸如下。初始S i e r p i n s k i 分形單元高度：ant H = 46.7mm 初始S i e r p i n s k i 分形單元寬度：W a n t = 53.6mm 第兩次分形后分形單元的長(zhǎng)度：L 1

= 17.1mm，L 2=16.1mm, L3=25.7mm，L 4=12mm 第兩次分形后分形單元的寬度：W 1= 28.6mm，W 2=12.5mm 由微帶貼片理論公式（2）、（3）計(jì)算加入短諧振枝節(jié)的尺寸如下。短諧振枝節(jié)長(zhǎng)度：L 5=24.9mm 短諧振枝節(jié)寬度：W 4=1mm 通過1/4波長(zhǎng)阻抗轉(zhuǎn)換，加入長(zhǎng)匹配枝節(jié)的長(zhǎng)度為：L 6=34.6mm。

由于受介質(zhì)均勻性、軟件本身存在的仿真誤差等影響，實(shí)際優(yōu)化長(zhǎng)度與理想計(jì)算長(zhǎng)度會(huì)稍有偏差，最終設(shè)計(jì)天線以實(shí)際優(yōu)化長(zhǎng)度為主。3 仿真優(yōu)化與結(jié)果分析

利用三維電磁仿真軟件（Ansoft HFSS15.0）對(duì)天線結(jié)構(gòu)、參數(shù)和輻射方向性進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果分別如圖

3、圖4圖5和圖6所示。

圖3為只有分形結(jié)構(gòu)和在分形結(jié)構(gòu)上分別加載短諧振枝節(jié)、長(zhǎng)匹配枝節(jié)時(shí)天線諧振點(diǎn)和回波損耗的對(duì)比。

圖3加入不同枝節(jié)的天線回波損耗

由圖3可知，當(dāng)僅采用Sierpinski 分形結(jié)構(gòu)時(shí)，產(chǎn)生低頻1.7GHz 和高頻3.5GHz 兩個(gè)諧振點(diǎn)；加入短諧振枝節(jié)，可產(chǎn)生1.65GHz、2.4GHz、3.5GHz 3個(gè)

諧振點(diǎn)，與未加枝節(jié)時(shí)相比，低頻1.7GHz 諧振點(diǎn)的位置發(fā)生前移，但產(chǎn)生了新的諧振點(diǎn)；加入長(zhǎng)匹配枝節(jié)，產(chǎn)生1.8GHz、3.5GHz 兩個(gè)諧振點(diǎn)，與加入短枝節(jié)相比，低頻諧振點(diǎn)則向后移動(dòng)，頻點(diǎn)位置有所改善，但并沒有產(chǎn)生更多的諧振點(diǎn)，因此，綜合考慮加入短諧振枝節(jié)和長(zhǎng)匹配枝節(jié)對(duì)頻點(diǎn)位置的影響，若同時(shí)加入長(zhǎng)短枝節(jié)則可以實(shí)現(xiàn)該天線多頻化、小型化的設(shè)計(jì)。

圖4為不同的耦合距離對(duì)天線諧振點(diǎn)和回波損耗的影響對(duì)比圖。

圖4耦合間距的優(yōu)化

由圖4看出，耦合距離的變化對(duì)天線諧振頻率點(diǎn)位置的影響較小，但對(duì)回波損耗的大小影響較大，綜合考慮3個(gè)頻段的回波損耗，當(dāng)耦合距離S=0.6mm時(shí)，回波損耗在3個(gè)諧振點(diǎn)處均達(dá)到-25dB 以下，達(dá)到最優(yōu)。

圖5為設(shè)計(jì)天線同時(shí)加入長(zhǎng)短枝天線的諧振頻點(diǎn)和回波損耗的變化圖。

圖5有無似對(duì)稱枝節(jié)的天線結(jié)構(gòu)仿真回波損耗對(duì)比

由圖5可以看出，同時(shí)加入長(zhǎng)短枝節(jié)以及耦合后，既增加了2.4GHz 諧振頻率，也改善了低頻1.7GHz 的頻點(diǎn)位置和高頻諧振處的帶寬。

圖6為天線在1.8GHz、2.4GHz 和3.5GHz 3個(gè)諧振點(diǎn)的E 面、H 面輻射方向。

(a 1.8GHz

(b 2.4GHz

(c 3.5GHz 圖6 天線的E 面、H 面方向

圖6中，該天線具有良好的全向遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性，說明背面采用了較窄的地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該天線保證了天線在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)等距離處輻射大小相等，實(shí)現(xiàn)全向輻射。將仿真天線模型導(dǎo)出版圖進(jìn)行加工，加工實(shí)物如圖7所示。

(a 正面

(b）背面

圖7天線加工實(shí)物 4實(shí)測(cè)結(jié)果與分析

將該天線通過SMA 連接器連接到矢網(wǎng)儀(Agilent Technologies E5071C 300 MHz~20 GHz 進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖8所示。

圖 8 天線測(cè)試環(huán)境 將圖 8 中測(cè)試結(jié)果導(dǎo)出并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖 9 所示。圖 9 天線仿真與測(cè)試回波損耗 圖 9 中，天線仿真回波損耗在-10dB 以下的頻段為 1.69GHz~1.85GHz、2.25GHz~2.54GHz、3.27GHz~3.69GHz，測(cè)試回波損耗在-10dB 以下的頻段為 1.65GHz~1.83GHz，2.37GHz~4.1GHz。與仿真結(jié)果相比，天線測(cè)試結(jié)果中 1.8GHz 諧振頻點(diǎn) 稍向前偏移，在 2.4GHz 和 3.5GHz 時(shí)，測(cè)試帶寬與仿真帶寬相比都有所提高，這主要是由 于材料及制作工藝存在誤差引起的，在誤差允許范圍內(nèi),實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合。5 結(jié)語 利用分形天線結(jié)構(gòu)的空間填充性和自相似性的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了天線的小型化設(shè)計(jì)，通過加 入諧振枝節(jié)和匹配枝節(jié)實(shí)現(xiàn)了天線的多頻化設(shè)計(jì)。采用三維電磁仿真軟件（Ansoft HFSS15.0）進(jìn)行仿真，并將該天線通過 SMA 連接器連接到矢網(wǎng)儀(Agilent Technologies E5071C

300 MHz~20 GHz進(jìn)行測(cè)試，仿真和測(cè)試天線回波損耗在-10dB 以下的頻率范圍均 覆蓋了 GSM1800（1710MHz~1850 MHz）、ISM（2.4GHz）、WIMAX(3.3GHz ~3.6GHz頻段，實(shí)現(xiàn)了該多頻化、小型化微帶天線的設(shè)計(jì)。