小型化对数周期天线研究
一种微带贴片对数周期天线的改进设计
Ｋ＝ ．０３２ ．ｒ １９ ｒ ７３ ＋ ２７１Ｔ— １３％２ ．８一 ．０
（） ４
当天线的电尺寸满足 。 。 ２ ：…＝ ／＝ ／＝ Ａ Ａ
对数周期偶极子天线由 Ｎ个平行的偶极对称振子构 成． 其结构尺寸依据下列关系设计『 ｌ１ １： 。
Ｌ 等＝ ％ ｄ
＝ ＝ ＝
ｒ ｎ
㈩ ２． Ｌ ＤＡ的参数计算 ３ Ｐ
通常采用频带的高端和低端截止常数来设计高、低端 对称振子的长度， 并由此确定所需的对称振子数。 频带低端 的最长振子长度 Ｌ 和端的最短振子长度 分别满足：
Ｌ＝ ｌ １ Ａ Ｈ Ｌ＝ Ｌ Ｎ （） ２ （） ３
也较小。
其中， 为振子编号， 和 ％为第 ｎ个对称振子的全 ｎ 长及半径， 为相邻振子的间距， 为顶点到第 ｎ ｄ ｒ ｎ 个振子的 距离。对数周期偶极子天线的整体结构取决于周期率 ｒ和 顶角 ２ 。 为设计方便， 引入间隔因子 ｏ 参数 丁 ｒ 。 、 和 之间
中 央直 属 高 校 科 研 基 金 资 助 项 目 （ ｏ ０ １ ０ ）华 北 科 技 学 院 Ｎ ． １Ｂ ４ ， ２
结合微带天线的优点和对数周期天线的馈线特点 ， 制 作了一种带夹角的微带贴片对数周期天线。 传统的对数周 期偶极子天线采用交叉馈电的方式， 当采用微带贴片工艺 时，同一块印刷电路板基材两侧的馈线由于距离非常近，
周期偶极天线扇形阵， 并利用 Ｉ３ ＥＤ软件对天线进行仿真
优化设计。 ‘
元， 设计了工作在 １０ ６０Ｍ ｚ ５ ０ Ｈ 的三角环对数周期天线，
其结构尺寸比对数周期偶极子天线减少一半 ， ， 另外 设计 中利用 ＣＴ软件进行建模、 Ｓ 仿真、 分析和优化。 参考文献［ ６ ］ 采用 Ｖ型、 螺旋 、 方型天线等谐振天线代替半波振子， 以 降低谐振高度。参考文献【 以加载电容偶极子为基本单 ７ ］
微带天线的小型化技术研究
小型化折合微带天线
开缝和开槽通过电流弯曲增加天线的等效长度 电流的弯曲会使交叉极化电平增加 一种能有效增加天线的有效长度而不增加交叉极化的方法就是采用折合贴片
小型化折合微带天线
贴片单元不再位于一个平面上 向上或者向下弯曲成一定的形状 不会出现纵向的电流 交叉极化电平降低到20dB以下 天线在水平面的投影面积降低了37%。
引言
01
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微波集成技术和空间技术迫切需求低剖面天线 微带天线得到日益广泛的关注和应用 体积小、重量轻、低剖面、能与载体共形 易于制造,成本低,易于集成 便于实现圆极化、双极化和双频段
小型化 多功能 高性能
通信系统的发展方向
集成度低 增益不高 人体特定吸收比(SAR)偏高
添加标题
采用三角形贴片单元，短路探针加载后面积小于常规天线的5％
添加标题
三角形贴片的0场位于 轴距底边 处，与矩形和圆形贴片相比，有很大的调整范围
短路探针的位置愈靠近贴片的周围
添加标题
天线的面积减小的越厉害
添加标题
馈电的位置愈靠近短路点
添加标题
带来制造工艺上的困难
添加标题
对输入阻抗的特性影响非常敏感
设计实例
微带天线的增益和带宽随介电常数增大而减小 天线（b）通过使用较厚的基片来弥补提高介电常数而导致的带宽的下降
两种介电常数的GPS微带天线，工作在同一频率1.575GHz
天线（a）的介电常数为 ，基片厚度
天线（b）的介电常数为 ，基片厚度
短路加载
矩形微带天线开路端电场结构
场分布侧视图
PART 1
微带天线的小型化技术
基于曲流技术的小型化宽带贴片天线的研究
摘要小型宽带贴片天线是近几十年发展起来的，作为无线通信中极其重要的一个环节，可以完成信号的发射与接收、信号处理、能量转换等功能，它的发展备受关注。
由于其具有体积小、频带宽、易制作等诸多优点，因此小型化的宽带贴片天线成为天线设计方面的一个研究热点。
本文通过研究小型宽带贴片天线技术，以及有效改变天线贴片表面电流路径的曲流技术，利用基于有限元法的全波电磁仿真软件，成功设计出多种结构小巧、频带较宽、性能稳定的宽带天线。
论文中设计的多种天线结构都经过大量的仿真和优化，并选择了部分进行加工和实测，验证了设计的合理性。
论文的主要研究内容如下：1、研究了微带线馈电情形下的曲流技术，讨论分析了引入的多种开槽结构、多级梯形结构、切角处理对天线的带宽、阻抗匹配、表面电流分布的重要影响。
结合多种曲流结构，设计了具有双陷波特性、三陷波特性及多陷波特性的小型超宽带天线，仿真结果表明设计的天线均有较好的频带抑制特性及良好的性能。
2、研究了共面波导馈电情形下的曲流技术，讨论分析了引入的伞形结构、多级梯形结构、调谐枝节及切角处理在降低天线尺寸、拓宽天线带宽、优化阻抗匹配等方面的作用。
结合多种曲流结构，设计了覆盖中低频段（3.55-6.75GHz）及中高频段（8.6-12.1GHz）的小型宽带天线，仿真结果表明设计的天线均有较大的带宽、良好的阻抗匹配及稳定的增益特性。
3、实验验证了基于曲流技术实现天线的小型化、宽带化及陷波特性的多种方法，讨论分析了这些方法对天线表面电流分布、回波损耗及电压驻波比的影响。
对设计的具有双陷波特性、三陷波特性及多陷波特性的超宽带天线进行了仿真研究与实物制作，在北京罗德与施瓦茨开放实验室的支持下对天线进行了实测，实测结果与仿真数据良好吻合，验证了天线设计的准确性。
关键词：小型宽带天线，曲流技术，开槽结构，调谐枝节，阻抗匹配ABSTRACTMiniaturized broadband patch antenna is developed in recent decades,as an important part of wireless communication,which can complete signal transmitting and receiving,signal processing,energy conversion and other functions,and its development has attracted much attention.Due to its advantages such as miniaturization,wide frequency band,easy fabrication,it has become a research hotspot in the fields of antenna research.In this paper,through the research of small broadband patch antenna with the current path meandering technology that can effectively change the surface current path of antenna patch,and the full wave electromagnetic simulation software based on finite element method,a variety of small broadband antennas with broadband, versatile application and stable performance have been successfully proposed.All the antennas designed have been simulated and optimized time by time,part of these were fabricated and measured,and measured results are in good agreement with the simulation.The main research contents are as follows:1.The antenna meandering technologies on the case of microstrip feed have been studied.The important influence of the introduction of various slot structures, multi-level trapezoidal structure and angle cut processing on the bandwidth, impedance matching and surface current distribution of antennas were discussed and bined with a variety of meandering structure,a double band-notched UWB antenna,a triple band-notched UWB antenna and a multiple band-notched UWB antenna were designed.The simulation results show that the antennas designed have good band suppression characteristics and good performance.2.The antenna meandering technologies on the case of cpw feed have been studied.The functions of the introduction of umbrella structure,multi-level trapezoidal structure,tuning stub and angle cut processing in reducing the antennas size,broaden the bandwidth of the antennas and optimized impedance matching were discussed and bined with a variety of meandering structure,a small broadband antenna across the middle and low frequency with the band of3.55-6.75GHz and a small broadband antenna across the middle and high frequencywith the band of8.6-12.1GHz were designed.The simulation results show that the antennas designed have a larger bandwidth,good impedance matching and stable gain characteristics.3.The experimental results verified the methods based on the meandering technologies that can achieve the miniaturization,broadband and notch characteristics of the antenna.The effects of these methods on the surface current distribution,the return loss and the voltage standing wave ratio of the antenna were discussed and analyzed.The double band-notched UWB antenna,triple band-notched UWB antenna and multiple band-notched UWB antennas were simulated and fabricated.With the support of the open laboratory of Rhodes and Schwartz in Beijing,the antennas designed were measured.The measured results were in good agreement with the simulation data,which verified the accuracy of these antennas design.KEY WORDS:Compact broadband antenna,Meandering technology,Slot constructor,Tuning stub,Impedance matching目录摘要 (I)ABSTRACT (III)第1章绪论 (1)1.1研究背景及其意义 (1)1.2宽带贴片天线及其国内外发展动态 (2)1.2.1宽带贴片天线介绍 (2)1.2.2宽带天线的国内外发展动态 (3)1.3宽带天线的应用 (5)1.4天线小型化宽带化关键技术 (8)1.4.1小型化关键技术 (8)1.4.2宽带化关键技术 (9)1.5论文研究内容 (11)第2章宽带天线理论基础 (13)2.1电基本振子及其辐射场 (13)2.2天线的性能指标 (16)2.3宽带天线的分类 (18)2.3.1普通宽带天线 (18)2.3.2超宽带天线 (19)2.3.3具有陷波特性的带陷超宽带天线 (20)2.4宽带天线的曲流技术 (21)2.5本章小结 (22)第3章基于曲流技术的微带线馈电式小型宽带天线研究 (23)3.1具有双陷波特性的超宽带天线设计 (23)3.1.1天线模型设计 (23)3.1.2仿真优化与分析 (26)3.1.3实测结果与讨论 (28)3.2具有三陷波特性的超宽带天线设计 (30)3.2.1天线模型设计 (30)3.2.2仿真优化与分析 (31)3.2.3实测结果与讨论 (35)3.3具有多陷波特性的超宽带天线设计 (36)3.3.1天线模型设计 (36)3.3.2仿真分析与优化 (37)3.3.3实测结果与讨论 (41)3.4本章小结 (42)第4章基于曲流技术的共面波导馈电式小型宽带天线研究 (43)4.1覆盖中低频段的宽带天线设计 (43)4.1.1覆盖中低频段的宽带天线模型设计 (43)4.1.2仿真分析与优化 (46)4.2覆盖中高频段的宽带天线设计 (49)4.2.1覆盖中高频段的宽带天线模型设计 (49)4.2.2仿真分析与优化 (50)4.3本章小结 (53)第5章曲流结构对天线特性影响的研究 (55)5.1开槽结构的影响 (55)5.1.1开槽结构对贴片面电流分布的影响 (55)5.1.2开槽结构对天线VSWR的影响 (57)5.2阶梯结构的影响 (57)5.2.1阶梯结构对贴片面电流分布的影响 (57)5.2.2阶梯结构对天线回波损耗的影响 (59)5.3调谐枝节的影响 (59)5.3.1调谐枝节对贴片面电流分布的影响 (60)5.3.2调谐枝节对天线VSWR的影响 (61)5.4本章小结 (61)第6章总结与展望 (63)6.1总结 (63)6.2展望 (64)参考文献 (65)发表论文和参加科研情况说明 (71)致谢 (73)第1章绪论1.1研究背景及其意义19世纪80年代，随着麦克斯韦关于电磁波存在的理论及预言被证实，开始出现了早期的发射天线，完成了通讯信号的发射。
一种基于5G Sub6G的小型化天线设计
5G Sub6G基于5G Sub6G 的小型化天线设计随着5G 技术的不断发展，对于小型化天线的需求越来越高。
小型化天线可以降低设备的重量和尺寸，提高设备的可携带性，因此其在移动通信、物联网等领域具有广泛的应用前景。
本文就基于5G Sub6G 进行小型化天线的设计及优化。
1. 5G Sub6G 天线设计原理5G Sub6G 天线主要是指中低频段的天线，频率范围为2GHz~6GHz。
相比于毫米波天线，Sub6G 天线设计更为复杂，主要是由于其波长较大，天线尺寸更大。
因此，如何将Sub6G 天线小型化，是目前研究和工业界关注的焦点。
Sub6G 天线通常采用小环形或短天线的结构，由于其频率较低，其天线长度相对较大，因此，需要采用一些设计方法来降低其尺寸。
以下是一些常用的小型化设计方法：1.1 天线优化对于Sub6G 天线，提高其天线效率是一种常用的优化方法。
天线效率可以通过优化天线结构和天线辐射阻抗来实现。
例如，在优化Sub6G 天线结构时，通过调整天线的增益、增益-频率响应、反向电磁辐射、反射损失等方式，可以有效地提高天线的性能。
1.2 多项式截断技术多项式截断技术是一种应用较多的小型化天线技术。
当Sub6G 天线长度太长时，使用多项式截断技术就可以把天线长度缩短，从而小型化天线。
该技术可以通过调节多项式的阶数和截断频率来实现。
1.3 单极化而非双极化Sub6G 天线既可以采用单极化，也可以采用双极化。
相比于双极化天线，单极化天线更容易控制。
因此，在小型化天线设计中，采用单极化而非双极化天线结构，可以有效地降低天线的尺寸。
2. 小型化天线的设计和优化为了验证以上设计方法的效果，本文采用天线优化和多项式截断技术进行Sub6G 天线的小型化设计和优化。
具体设计思路如下：2.1 天线结构设计首先，根据天线增益、带宽和质量因数对Sub6G 天线的设计进行分析。
从天线优化角度考虑，本文将采用小环形天线的结构。
Ansoft HFSS在设计对数周期天线时的仿真方法
ANSYS 2011中国用户大会优秀论文Ansoft HFSS在设计对数周期天线时的仿真方法孙凤林黄克猛中国西南电子技术研究所，成都，610036[ 摘要 ] 本文通过ANSOFT HFSS设计了一个对数周期天线，在仿真分析时，发现随着求解频率的不同，天线的求解结果差别较大，求解误差较大。
通过在HFSS中尝试不同的求解设置方法，最终通过将天线模型剖分网格最大长度限定在1/50λ的方法，使的求解结果在不同频率求解时的一致性较好，提高了仿真的准确性。
为设计者在仿真类似问题时，提供了一种提高求解准确性的方法。
[ 关键词]HFSS；网格设置；对数周期天线The Simulation Method on designing of a Log-PeriodicDipole Antenna on Ansoft HFSSSun Feng-lin，Huang Ke-mengSouthwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu, 610036, China[ Abstract ] A method of simulating Log-Periodic Dipole Antenna on Ansoft HFSS is introduced in this paper. When simulating the Log-periodic antenna model, it was found that the simulationresults are difference with different Solution Frequency on HFSS, The solution error is high.The accuracy of the solution depends on the size of each of the individual elements, togenerate a precise simulation result, applying mesh operations ,assigning Maximum lengthof Elements mesh to 1/50λ, the results shows that the difference is reduced obviously, thesimulation accuracy is improved.[ Keyword ] HFSS; mesh operations; log-periodic dipole antenna1前言对数周期偶极子天线（log-periodic dipole antenna），由于其工作频带宽、增益高、前后比好、结构简单、成本低等众多优点，在短波、超短波、微波等波段的通信、侧向、侦察、电子对抗等方面得到了广泛的应用。
短波天线小型化研究
摘 要短波无线电系统具有探测距离远、抗毁性强、无需中继等优点，因此其在电磁环境监测、海态遥感、广播通信、雷达探测等领域得到了广泛的应用。
但目前，作为短波系统中重要的电磁能量转换部件的天线，多数都存在尺寸过大、不易于安装、运输和隐蔽的缺点，而尺寸较小的天线通常增益、效率较低，难以满足日益提高的通信、军事、商业应用领域的需求。
我国目前在该方面的研究多数停留在理论阶段，研究结果不够完善，因此开展短波天线的小型化研究非常有必要。
本文主要对电小天线的性能指标和分析方法进行了深入的讨论。
研究并仿真分析了天线的多种小型化技术，提出了短波天线的小型化方案，应用了这种方案的天线具有尺寸小、结构简单、效率高等优点。
本文从天线的基本原理出发，对短波天线的小型化方法进行了系统研究。
首先分析了国内外在短波天线小型化领域的研究现状，指出了各研究机构的研究现状与不足，确定了本文的研究方向与内容。
在对电小天线的性能指标进行详细分析的基础上，明确了本文研究的小型化短波天线最重要的几项性能指标分别是效率、增益、工作频带和方向性，同时研究了常见的电小天线和分析电小天线的常用方法。
采用CST 公司的商业软件Microwave Studio ，仿真研究了顶部加载、介质加载等天线的小型化方法的小型化效果，并讨论了各方法的适用范围、优缺点等。
在分析了单、偶极子天线各项性能优缺点的基础上，设计了一款工作在3~15MHz 的小型化的短波天线。
该天线是以偶极子天线为基本结构，具有顶端-集总元件的复合加载结构。
提出了三种提高天线工作效率的方法，分别是伞形延长法、介质加载法、螺旋结构替代法。
在综合分析了各方法的优劣以及适用场合的基础上，确定用馈源阻抗为75Ω的螺旋结构替代金属棒的设计结构为天线的最终方案。
天线尺寸为222m m m ⨯⨯范围内，天线结构为多螺旋组合结构，最大尺寸仅仅是其工作频带低频波长的1/50，是高频工作波长的1/10。
天线在3~15MHz 全频段范围内效率、增益均高于20dB -。
天线的高空安装技术说明
天线的高空安装技术说明在现代通信领域，天线起着至关重要的作用，它们不仅可以扩大信号范围，而且还能帮助信号传输更加稳定和快速。
因此，在不同的应用场景中，都需要将天线进行高空安装。
本文便介绍一下天线的高空安装技术。
一、高空安装的天线种类在使用天线进行高空安装时，我们需要了解到不同种类的天线有着不同的特点与优势。
现在广泛使用的天线主要有以下几种：1. 小型化天线小型化天线因其轻便的特性而得到广泛应用。
它在体积、尺寸和重量上比传统的天线更加小巧。
小型化天线通常用于收发信号较为稳定的通信场景中，如城市和乡村区域等。
2. 工业级天线工业级天线具有更高的强度和更好的阻力，可以在更恶劣的天气条件下运行。
因此，工业级天线通常用于公共场所、机场、企业和工厂等需要24/7运行的场景。
3. 对数周期天线对数周期天线具有更宽波束和更长的覆盖范围，适用于较大的无线网络和广域覆盖区域。
4. 双极化天线双极化天线可以在不同的极化方向上同时传输和接收信号，具有更高的带宽和更好的信号穿透性。
在覆盖范围较广的无线网络中使用更广泛。
二、高空安装前的准备工作在进行天线的高空安装之前，应做好以下准备工作：1. 确定唯一位置在安装前，应确定一个唯一位置，该位置应位于较高的建筑或塔上，必须能够承受天线的重量和有力的风力作用。
2. 选择安装工具在安装过程中，需要使用安全线、安全带、保护手套和其他保护装备等，以确保技术人员的安全。
3. 准备物料在安装过程中，还需要准备他们需要的物料，如螺栓、电线、天线等。
三、天线高空安装的步骤以下是天线的高空安装步骤：1. 安装定位支架首先需要安装一种叫做定位支架的东西。
我们需要先利用测量仪器确认天线的正确角度和位置，并钻孔进行固定。
2. 安装天线在通过定位支架确定好角度和位置后，我们就可以安装天线了。
在安装过程中，需要根据孔洞位置对天线进行定位并安装到定位支架上。
3. 连接电线当天线已经安装到架子上时，我们需要将电线连接到天线上。
一种分段的超短波对数周期天线设计与实验
现代电子技术Modern Electronics Technique2024年2月1日第47卷第3期Feb. 2024Vol. 47 No. 30 引 言超短波是指频率为30~300 MHz 的电磁波，其广泛地应用于广播、移动通信、雷达和战术通信中[1⁃4]。
超短波的主要传播方式为视距传播，这种传播方式要求天线具有较高方向性和增益。
对数周期天线是一种经典的非频变天线，具有结构简单、工作频带宽、增益高以及定向性好等特点[5⁃6]，广泛地应用于各种通信领域。
传统的对数周期天线设计方法已经很成熟[7⁃9]，基本是根据增益与τ（比例因子）和σ（间距因子）的关系曲线找出最佳的τ和σ，再根据工作带宽通过公式计算出各个振子的长度与间距。
这样设计出的对数周期天线虽然能够在工作频带内获得可观的电性能，但是天线的集合线长度往往过长，不利于天线的实际使用[10]。
在设计时需要通过优化τ和σ使天线的集合线长度满足实际的需要[11]。
国内外学者在短波、超短波以及微波波段对对数周一种分段的超短波对数周期天线设计与实验唐金彪1， 李相强1， 崔玉国2， 乔小斌1（1.西南交通大学 物理科学与技术学院， 四川 成都 610031；2.中国电波传播研究所 电波环境特性及模化技术重点实验室， 山东 青岛 266107）摘 要： 超短波的传播方式主要为视距传播，这种传播方式需要天线具有强方向性且有较高的增益。
而对数周期天线是一种超宽带、中等增益的天线，非常适用于超短波通信。
然而在超短波频段下，常规对数周期天线的长度较长，小型化程度不高。
为了实现超短波对数周期天线的小型化，提出一种分段的超短波对数周期天线的设计方案。
根据应用需求，在满足天线增益的情况下，采用分段设计缩减天线长度，同时调整集合线之间的夹角，以实现天线的阻抗匹配。
经过仿真设计，天线在30~70 MHz 频段内典型增益大于8 dBi ，天线的长度缩减至7 m 。
采用基于无人机飞行平台的外场测试系统对天线进行实验测试，测试结果表明，天线在工作频率范围内驻波比小于1.5，测试与仿真的辐射特性基本一致。