《半波偶极子天线设计-公开DOC·毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半波偶极子天线设计-公开DOC·毕业论文（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业： 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二一三 年 六 月天津职业技术师范大学本科生毕业设计半波偶极子天线设计The Design of the Half Wave Dipole Antenna专业班级：学生姓名：指导教师：系 别：2013年6月l摘 要近年来,Radio frequency identification(RFID)技术飞速发展并逐渐成为自动物体识别应用中的主要技术1。现今有很多种RFID天线类型,如偶极子天线、分形天线、环形槽天线和微带贴片天线
2、等2。这里着重研究RFID技术中的半波偶极子天线，即是对称振子天线，最常用的是半波振子，偶极子天线是研究天线的基础，具有很多特性，比如辐射特性阻抗特性，波长缩短效应，谐振特性等，它既可作为简单的天线单独使用,又可作为天线阵的单元或面天线的馈源3-4。所以深入了解半波偶极子天线的设计理论与优化技术是非常重要的。传统的天线设计方法是由设计师根据天线的分析理论以及自己的经验通过编程进行数值计算的方法来确定天线的各参数，这样做不仅花费了大量的时间和精力，而且费用昂贵。本设计采用现代计算机为基础，使用High Frequency Structure Simulator（HFSS）三维电磁仿真软件对半波偶
3、极子天线进行设计及仿真、优化分析方法可以节省时间和精力，设计出符合要求的天线。论文从课题研究的背景和目的出发，介绍了半波偶极子天线的基本知识、设计原理。随后从设计和实现角度出发，针对半波偶极子天线提出了优化设计方案，并加以仿真并验证。最后依照仿真数据进行实物设计制作并验证其性能。关键词：3GHz；天线；HFSS10；偶极子天线ABSTRACTIn recent years, Radio frequency identification (RFID) technology and the rapid development of automatic object recognition has
4、become the main technology applications. Today there are many types of RFID antennas, such as dipole antennas, fractal antennas1, microstrip patch antenna and annular groove antenna2. RFID technology here focuses on the half-wave dipole antenna, dipole antenna that is most commonly used is the half-
5、wave dipole, dipole antenna of the antenna base, has many features, such as radiation characteristic impedance, the wavelength reduction effect, resonance characteristics, etc. it can be used alone as a simple antenna, but also as a unit or antenna array antenna feed surface3-4. Therefore, in-depth
6、understanding of a half-wave dipole antenna design theory and optimization technology is very important. Traditional antenna design approach is an analysis by the designer according to the antenna theory and their own experience through the programming of numerical calculation method to determine th
7、e parameters of the antenna, so do not spend a lot of time and effort, and expensive. This design uses modern computer-based, using High Frequency Structure Simulator (HFSS) three-dimensional electromagnetic simulation software half-wave dipole antenna design and simulation, optimization analysis me
8、thod can save time and effort, designed to meet the requirements of the antenna.Papers from the background and purpose of the research, this paper introduces a half-wave dipole antenna basics design principles. Then from the design and implementation point of view, for the half-wave dipole antenna p
9、roposed optimal design, and make the simulation and verification. Finally simulation data in accordance with the physical design and verify its performance.Key Words： 3GHz; antenna; HFSS10; dipole antennaII目 录1绪论11.1课题研究的背景11.2课题研究的意义11.3本次课题的主要工作12概述22.1半波偶极子天线简述22.2Ansoft HFSS 10仿真软件简介22.3Ansoft H
10、FSS 10仿真软件设计流程概述32.4本设计的方案思路42.5主要技术指标42.5.1天线的输入阻抗42.5.2天线的极化方式52.5.3方向性系数52.5.4天线的增益62.5.5天线的效率63理论分析73.1电基本振子的辐射场73.2对称天线的辐射93.3半波偶极子天线性能参数的理论计算113.3.1电流分布113.3.2 辐射场和方向图113.3.3方向性系数123.3.4辐射电阻123.3.5输入阻抗134HFSS仿真设计144.1HFSS设计概述144.2HFSS仿真设计154.2.1新建设计工程154.2.2添加和定义设计变量154.2.3设计建模164.2.4求解设置194.2
11、.5设计检查和运行仿真计算205天线实物25结 论26参考文献27致 谢28天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计1 绪论1.1 课题研究的背景Radio frequency identification(RFID)技术是一种利用射频技术实现的非接触式自动识别技术,近年来,RFID技术飞速发展并逐渐成为自动物体识别应用中的主要技术1。现今有很多种RFID天线类型,如偶极子天线、分形天线、环形槽天线和微带贴片天线等2。这里着重研究RFID技术中的半波偶极子天线。由于它结构简单,广泛应用于通信、雷达和探测等各种无线电设备中,适用于短波、超短波,甚至微波。它既可作为简单的天线单独使用,又可作为
12、天线阵的单元或面天线的馈源3-4。由于半波偶极子是基本的天线,很多天线都是在半波振子的基础上设计的。1.2 课题研究的意义传统的天线设计方法是由设计师根据天线的分析理论以及自己的经验通过编程进行数值计算的方法来确定天线的各参数，这样做不仅花费了大量的时间和精力，而且费用昂贵。近年来，无线通信发展迅速，作为系统发射和接收电磁波的重要前段器件天线，其性能对整个系统的通信质量至关重要。而半波偶极子天线这种基础天线在未来需求量巨大，便宜高质量基础天线将会是各生产厂家喜爱的产品。制作简单，成功率高，性能优越的基础天线也将会受到需求者的青睐。如果能采用现代计算机为基础，使用三维电磁仿真软件对半波偶极子天线
13、进行设计及仿真、优化分析方法可以节省时间、精力以及费用，设计出符合要求的半波偶极子天线。1.3 本次课题的主要工作本次课题的主要工作是使用HFSS三维电磁仿真软件对半波偶极子天线进行设计及仿真、优化分析，设计出符合要求的天线。最后依照仿真数据进行实物设计制作并验证其性能。26天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计2 概述2.1 半波偶极子天线简述半波偶极子天线是一种结构简单的基本线天线，也是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线之一。如图2-1所示，半波偶极子天线由两根直径和长度都相等的直导线组成，每根导线的长度为1/4个工作波长。5但实际应用中大多数情况下都要适当缩短长度，目的就是实现谐
14、振使输入阻抗接近纯电阻，很多时候都是用工作波长的0.48。导线的直径远小于工作波长，天线的激励是等幅反向的电压信号，加在天线中间的两个相邻端点上，且天线中间两个相邻端点间的距离远小于工作波长，可以忽略不计。图2-1 半波偶极子天线2.2 Ansoft HFSS 10仿真软件简介本设计主要采用Ansoft HFSS 10三维电磁仿真软件对半波偶极子天线进行设计及仿真、优化分析，下面介绍下HFSS这个软件。HFSS是利用我们所熟悉的windows图形用户界面的一款高性能的全波电磁场(EM)段任意3D无源器件的模拟仿真软件。它易于学习，有仿真，可视化，立体建模，自动控制的功能，使你的3D EM问题能
15、快速而准确地求解。Ansoft HFSS使用有限元法(FEM)，自适应网格划分和高性能的图形界面，能让你在研究所有三维EM问题时得心应手。Ansoft HFSS能用于诸如S-参数，谐振频率和场等的参数计算。HFSS是基于四面体网格元的交互式仿真系统。这使你能解决任意的3D几何问题，尤其是那些有复杂曲线和曲面的问题，当然在局部会利用其他技术。 HFSS是高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator）的缩写。Ansoft公司最早在电磁仿真中使用如切线矢量有限元，自适应网格，和ALPS等有限元法解决EM仿真问题。 Ansoft HFSS是高生产力研究，发展和虚拟的工具之一。2.3 Ansoft HFSS 10仿真软件设计流程概述本设计使用HFSS v10软件对半波偶极子天线进行仿真设计，设计流程
