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1、南京邮电大学毕 业 设 计（论 文）题 目：带状线馈电宽带单极子天线的研究 专 业： 通信工程 学生姓名： 班级学号： B07021733 指导教师： 指导单位： 南京邮电大学 日期：2010年 11 月 1 日至 2011年 3 月 18 日摘 要因为平面几何型和全方向发散的缘故，最近在移动通信系统里被视为重点应用的天线包括偶极子/单极子天线，可以采用印刷电路板工艺实现。为了适应现代移动应用技术的需求，这种印刷天线如何用更少的尺寸和带宽来工作被特别的重视。提出一个带状线馈电宽带梯形单极子天线的宽带的设计去改善带宽和减少印刷单极子天线的长度。梯形单极子天线选择一个适当的尺寸，去明显的改良单极子
2、天线传输给带状线的响应。另外，还应该增加梯形单极子天线的有效电流回路, 与同样长度的条带单极子天线对比，所需的固有工作频率有所减少，下面将呈现和讨论此梯形单极子天线的设计和特性。全文主要内容与贡献如下：（1）论文首先探讨了带状线馈电宽带单极子天线的概念、基本理论和性能参数，为带状线馈电宽带单极子天线的设计提供了理论依据和分析基础；（2）在理论研究的基础上，以经典的条带单极子天线为研究对象，利用全波电磁场计算软件进行大量的辅助计算，从多个方面考虑天线结构的优化；（3）最后，在大量的实验仿真数据计算后，实验结果与理论假设良好的吻合表明，本文的设计是成功的。关键词：；带状线馈电宽带单极子天线；全向天
3、线；IE3DABSTRACTOwing to their flat geometry and omnidirectional radiation, printed dipoles or monopoles on a dielectric substrate have received much attention for applications in mobile communications systems，can be achieved by printed technology. To meet the requirements for modern mobile applicatio
4、ns, such printed antennas with reduced size and broadband operation are of particular interest. For ths purpose, we present in this papers a simple design of a printed trapezoidal monopole for improving the operatingbandwidth and reducing the length of a printed strip monopole. By choosing a suitabl
5、e size of the trapezoidal monopole, it is expected that the impedance matching of the monopole to the feeding stripline can be significantly improved. Furthermore, due to the increased effective current path in the trapezoidal monopole,as compared with a simple strip monopole of the same length, the
6、 required monopole length at a fixed operating frequency can be reduced. The design and characteristics of the printed trapezoidal monopole are presented and discussed. The main content of this dissertation includes: (1) The concept, basic theory and parameters of stripline-fed printed trapezoidal m
7、onopole with broadband operation are discussed first. Useful design and analysis guidelines are concluded;(2) Then, based on the theoretical knowledge on wideband directional antennas, various aspects of the structure of a classic simple strip monopole antenna have been considered for optimization,
8、with the aid of full-wave EM simulator;(3) Finally, In a large number of simulation and data computation. The well accordance between experimental and numerical results show our design is successful.Keywords：Stripline-fed wideband monopole antenna; Entire antennas; IE3D目 录第1章绪论11.1天线的一般概念11.2带状线馈电宽带
9、单极子天线11.3电磁场数值计算与微波电路CAD软件简介21.4本文内容简介3第2章天线的基本参数52.1天线的匹配性52.1.1匹配特性的引入52.1.2输入阻抗62.1.3驻波比72.1.4回波损耗72.2天线的方向性82.2.1方向特性的引入82.2.2方向图82.2.3增益102.2.4前后比102.3天线的频带性102.4天线的极化性112.4.1波的极化112.4.2天线的极化13第3章仿真与分析153.1IE3D的使用153.1.1IE3D中天线结构的绘制153.1.2IE3D中天线的仿真分析183.2原天线结构24图3-17 (a)25图3-17(b)253.3原天线性能仿真分
10、析253.3.1原天线仿真结果263.3.2原天线各项参数分析303.3.3原天线性能评价303.4改善方案303.4.1天线结构优化的基本原则303.5各项改进措施及对比分析313.5.1改变底板大小后对驻波比的影响313.5.2对带状线开槽后对驻波比的影响323.5.3改变带状线图形对回波损耗的影响。363.6改善后天线结构与仿真分析413.6.1优化后天线结构413.6.2与原天线在回波损耗上的改善423.6.3改善后天线各项参数的分析423.6.4改善后天线性能评价46结束语47致 谢48参考文献49南京邮电大学2007届本科生毕业设计（论文）49南京邮电大学2007届本科生毕业设计（
11、论文）第1章 绪论天线可以说是一门既“古老”又“现代“的学科。其基本理论电磁场与微波理论逐渐成熟，而其分析和设计方法却不断推陈出新，展现出了蓬勃的活力。本章主要从应用的角度，介绍了天线、特别是带状线馈电宽带单极子天线的一般概念。另外，本章还介绍了电磁场仿真软件的发展和应用，为后续章节提供工具基础。1.1 天线的一般概念无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机1。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。从工作过程来看，
12、任何一个无线通信系统都应包含发射、接收和电磁波传播三大部分，而发射和接收电波都需要天线。图1.1给出了无线通信系统的简单框图。图1.1 无线通信系统中天线的位置天线品种繁多，以满足不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。 对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类2。本文所设计分析的，就是一种移动通信用带状线馈电宽带单极子天线。1.2 带状线馈电宽带单极子天线天线是任何无线电系统必不
13、可少的组件。它的功能是辐射或者接收无线电波。它把被导电磁波转变为自由空间的无线电波（在发射系统中），或者做相反的变换（在接收系统中），从而在任意两点之间实现无线电信号的传递。天线的发明使得电磁频谱成为人类最大的可重复使用的自然资源之一。随着社会的进步，科学技术的发展，无线电频谱不断地得到开拓，无线电系统的带宽也不断地扩展，促进了二十世纪末一门新的学科超宽带电磁学的诞生。超宽带电磁学指出，时域电磁波也是人类非常重要的自然资源，而且是尚待开发、非常宝贵的自然资源。天线理论与技术已经有了很长的发展历史，无数的学者研制出了能满足各种无线电系统要求的天线。无论无线电如何发展，天线都是不可替代的。超宽带无
14、线电系统要求超宽带天线来完成超宽带被导电磁波和自由空间无线电波之间的转变工作。超宽带天线与常规的窄带天线在辐射原理上并没有本质区别，超宽带天线是在常规的窄带天线基础上发展起来的，其主要研究内容是探索频带宽度极大地扩展之后给天线带来的新理论、新技术和新方法。1.3 电磁场数值计算与微波电路CAD软件简介由上述的研究背景可见，各种新型天线层出不穷、结构千差万异。若仍然借助传统的解析计算方法或单纯的工程估算、结合实验调试，不仅繁琐耗时、工作量巨大，而且成本高昂、效率低下，精度也相当有限，难以满足新型超宽带天线设计、分析的迫切需要。为了满足新型超宽带天线研制的需要，实际分析设计中，电磁场数值计算软件已
15、经成为每个人必不可少的辅助工具。经过二十多年的发展，随着计算机处理能力的迅猛发展，计算电磁学已经由上世纪60-80年代的纯理论研究阶段转入全面实用化阶段，并出现了一系列基于不同算法、比较成熟的数值计算软件，即所谓的“全波电磁场计算软件”或“微波电路CAD工具” 3。这些软件以目前理论上成熟而流行的有限元法（FEM）、矩量法（MOM）、时域有限差分法（FDTD）等为主要内核算法，配以简洁的可视化用户界面，在微波集成电路设计、电磁兼容性分析、天线设计、电磁散射等不同应用领域中取得了广泛的应用。根据算法的差异，这些软件主要可以分成三大类：基于矩量法的全波分析软件，主要代表软件有美国Zeland公司的IE3D、HP公司的ADS-Momentum和德国Ansys公司开发的FEKO等；
