2.4GHZ四单元阵列天线设计研究
2.4GHz 天线设计
λ/4 printed monopole antenna for 2.45GHz1.PrefaceTaking the demand for small size, easy fabrication and low cost into account in the development of low-power radio devices for short-range 2.4GHz applications, a quarter wavelength monopole antenna implemented on the same printed circuit board as the radio module is a good solution. A printed quarter wavelength monopole antenna is very easy to design and can be tuned simply by slight changes in length.This article presents basic guidelines on how to design such an antenna for use together with the 2.4GHz transceiver and transmitter devices from Nordic Semiconductor.The described antenna should be fabricated on standard 1.6mm, low cost FR4 printed circuit board (PCB).2.Basic properties of a quarterwave monopole antennaA quarterwave monopole is a ground plane dependent antenna that must be fed single-ended. The antenna must have a ground plane to be efficient, and ideally the ground plane should spread out at least a quarter wavelength, or more, around the feed-point of the antenna. The size of the ground plane influences the gain, resonance frequency and impedance of the antenna.The length of the monopole PCB trace mainly determines the resonant frequency of the antenna, but because of the very wide gain bandwidth of a quarterwave monopole, the antenna length is not too critical. But like any other antenna types, the gain of a quarterwave monopole will vary if parameters in the surroundings, such as case/box materials, distance to the ground plane, size of the ground plane, width and thickness of the PCB trace are varied. If any of these parameters are changed, a retuning of the monopole PCB trace length may be necessary for optimum performance in each application.3.Determining the length of the printed monopole antennaThe antenna is fabricated on a standard 1.6mm FR4 substrate material with a typical dielectric constant εr of 4.4 at 2.45GHz.The width of the monopole trace is W = 1.5mm. The wavelength in free air is λ0 = 122mm. It may be approximated that the guided wavelength λg on the FR4 substrate is about λg ˜ 0.75 · λ0 = 0.75 · 122mm ˜ 92mmThe approximate, physical length of a printed quarterwave monopole antenna is then L = 92mm / 4 = 23mmprovided that the size of the available ground plane is close to the ideal as discussed above and that the antenna trace is uniformly surrounded by the FR4 substrate.When implementing the monopole as a trace on the PCB, the length of the trace should be extended somewhat to allow for some fine-tuning of the antenna to resonance at 2.45GHz. If the size of available ground plane is approaching the ideal size and the antenna trace is uniformly surrounded by the FR4 substrate, then the length of the trace should be extended by about 20%. For an example, see Figure 1a.If the ground plane size is considerably smaller than the ideal size and/or much of the antenna trace is routed close to the edge of the PCB, then the length of the antenna trace should be extended by about 30%. For an example, see Figure 1b.bining the printed quarterwave monopole with the nRF24xxdevice RF-layoutThe quarterwave monopole must be fed single-ended, hence a differential to single-ended matching network must be used between the nRF24xx antenna interface ANT1/ANT2 and the monopole feed-point. A suggestion on a differential to single-ended matching network can be found in the nRF24xx datasheet.Figure 1 shows two examples on how a printed quarterwave monopole can be combined with the nRF2401 RF-layout on the same PCB. Figure 1a shows the optimum placement of the antenna trace. With this placement, the antenna is allowed to radiate freely in all directions. The monopole has maximum radiation in the plane normal to the antenna axis, and minimum radiation along the axis. To be omni-directional, the monopole antenna should be placed vertically.Figure 1b shows a more compact layout of the antenna trace. This layout may have lower antenna gain in the direction of maximum radiation than for the layout shown in Figure 1a, but it will exhibit a more uniform radiation in the horizontal plane if vertical placement is not possible.When bending the antenna trace like in Figure 1b, be sure to keep the distance (d) between the open end of the antenna trace and the ground plane as large as possible, preferably 10mm or more. Reducing this distance will reduce the gain of the antenna.There shall be no ground plane on the PCB layer(s) beneath the antenna trace. No ground plane, PCB traces or components should be placed close to the antenna trace.a) b)Figure 1. Examples of nRF2401 RF-layout combined with a printed λ/4 monopole antenna.Tuning of the antenna is done simply by cutting the length of the PCB antenna trace until resonance at 2.45GHz is obtained. The antenna must be tuned with the PCB placed inside the case/box (if any) and hand-held/body-worn (if this is a hand-held/body-worn application).For applications where range performance is not critical the antenna can be tuned by measuring radiated power from the antenna with a spectrum analyzer. For more accurate tuning a vector network analyzer must be used for impedance and SWR (Standing Wave Ratio) measurements.As shown Figure 1 the PCB antenna trace should be made 20%-30% longer than the estimated theoretical length in order to make tuning possible on prototypes. For the production version of the PCB, the optimum antenna length found on the prototype should be used.LIABILITY DISCLAIMERNordic Semiconductor ASA reserves the right to make changes without further notice to the product to improve reliability, function or design. Nordic Semiconductor does not assume any liability arising out of the application or use of any product or circuits described herein. LIFE SUPPORT APPLICATIONSThese products are not designed for use in life support appliances, devices, or systems where malfunction of these products can reasonably be expected to result in personal injury. Nordic Semiconductor ASA customers using or selling these products for use in such applications do so at their own risk and agree to fully indemnify Nordic Semiconductor ASA for any damages resulting from such improper use or sale.White paper. Revision Date: 2005-01-21.All rights reserved ®. 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基于矩形波导缝隙馈电的阵列天线设计
基于矩形波导缝隙馈电的阵列天线设计随着通信技术的不断发展，天线的设计也越来越受到关注。
天线是无线通信系统中最重要的组成部分之一，它的性能直接影响着通信质量和系统的效率。
阵列天线是一种常见的天线类型，它具有指向性强、增益高等优点，广泛应用于通信、雷达、卫星等领域。
本文将以《基于矩形波导缝隙馈电的阵列天线设计》为题，详细介绍阵列天线的基本原理、设计方法和实现过程。
一、阵列天线的基本原理阵列天线是由多个天线单元组成的天线系统，每个天线单元之间具有一定的间距，天线单元的相对位置和相位关系决定了阵列天线的指向性和增益。
阵列天线的基本原理是利用多个天线单元的干涉作用，将天线辐射的信号进行合成，从而实现指向性较强的辐射模式。
阵列天线的增益与天线单元数目成正比，因此阵列天线具有较高的增益和指向性。
二、阵列天线的设计方法1.天线单元的设计阵列天线的性能取决于天线单元的设计，因此天线单元的设计是阵列天线设计的关键。
常见的天线单元有贴片天线、微带天线、饰带天线等。
在设计天线单元时，需要考虑天线的工作频率、增益、带宽和阻抗匹配等因素。
2.阵列结构的设计阵列天线的结构设计包括天线单元的相对位置和相位关系的确定。
天线单元之间的间距和相对位置会影响阵列天线的指向性和增益。
相位关系的确定可以通过调整天线单元的馈电相位实现，通常采用相邻天线单元相位差为1/2波长的方式。
3.阵列天线的辐射特性分析在确定阵列天线的结构后，需要进行辐射特性分析。
常用的分析方法有全波长模拟和射线追踪法。
全波长模拟可以得到天线的辐射模式和增益等参数，但计算复杂度较高。
射线追踪法则可以快速计算天线的辐射模式和增益等参数，但对于较复杂的阵列结构可能会存在误差。
三、矩形波导缝隙馈电的阵列天线设计本文以矩形波导缝隙馈电的阵列天线为例，介绍阵列天线的设计过程。
矩形波导缝隙馈电的阵列天线是一种常见的阵列天线类型，具有结构简单、制作容易等优点。
1.天线单元的设计本文采用贴片天线作为天线单元，贴片天线的工作频率为2.4GHz，增益为3.5dBi，带宽为100MHz，阻抗为50Ω。
2.4G天线设计完整指南设计(原理、设计、布局、性能、调试)
本文章使用简单的术语介绍了天线的设计情况，并推荐了两款经过测试的低成本PCB天线。
这些PCB天线能够与PRoC?和PSoC?系列中的低功耗蓝牙(BLE)解决方案配合使用。
为了使性能最佳，PRoC BLE和PSoC4 BLE2.4GHz射频必须与其天线正确匹配。
本应用笔记中最后部分介绍了如何在最终产品中调试天线。
1、简介天线是无线系统中的关键组件，它负责发送和接收来自空中的电磁辐射。
为低成本、消费广的应用设计天线，并将其集成到手提产品中是大多数原装设备制造商(OEM)正在面对的挑战。
终端客户从某个RF产品(如电量有限的硬币型电池)获得的无线射程主要取决于天线的设计、塑料外壳以及良好的PCB布局。
对于芯片和电源相同但布局和天线设计实践不同的系统，它们的RF(射频)范围变化超过50%也是正常的。
本应用笔记介绍了最佳实践、布局指南以及天线调试程序，并给出了使用给定电量所获取的最宽波段。
图1.典型的近距离无线系统设计优良的天线可以扩大无线产品的工作范围。
从无线模块发送的能量越大，在已给的数据包错误率(PER)以及接收器灵敏度固定的条件下，传输的距离也越大。
另外，天线还有其他不太明显的优点，例如：在某个给定的范围内，设计优良的天线能够发射更多的能量，从而可以提高错误容限化(由干扰或噪声引起的)。
同样，接收端良好的调试天线和Balun(平衡器)可以在极小的辐射条件下工作。
最佳天线可以降低PER，并提高通信质量。
PER越低，发生重新传输的次数也越少，从而可以节省电池电量。
2、天线原理天线一般指的是裸露在空间内的导体。
该导体的长度与信号波长成特定比例或整数倍时，它可作为天线使用。
因为提供给天线的电能被发射到空间内，所以该条件被称为“谐振”。
图2. 偶极天线基础如图2所示，导体的波长为λ/2，其中λ为电信号的波长。
信号发生器通过一根传输线(也称为天线馈电)在天线的中心点为其供电。
按照这个长度，将在整个导线上形成电压和电流驻波，如图2所示。
2.45GHz四元微带天线阵设计方案
图 2 矩形微带天线单元坐标示意图
1.2.1 介质基板的选取 作为微带天线设计的第一步就是要选定介质基板并确定其厚度 h。这是因为基板材料的
r 和 tan 值及其厚度 h 直接影响这微带天线的一系列性能指标：
1. 对尺寸及体积重量的影响
工 作 于 主 模 TM01 模 矩 形 微 带 天 线 贴 片 长 度 近 似 为 g / 2 ，
(1)
可见 L 值与 r 直接相关。当 L、W 确定后，则 h 的取值决定着天线的体积和重量。 2. 对微带线特性阻抗的影响 本设计中需要对给微带天线单元进行馈电的微带线的特性阻抗与微带线的宽度直接相 关，为了使微带天线单元与传输线较好地匹配，需要特定阻抗的微带线对其进行馈电。微带 线由一条导体带和背面有导体接地板的介质基片构成。 导体带宽度为 w， 介质基片厚度为 h， 相对介电常数为 r 。微带线传输准 TEM 模。当 r 及 h 已知时，微带线的特性阻抗 Z c 取决 于 w / h 比值，随 w / h 增大而减小。 给定特性阻抗 Z c ，可用下列公式求得所需微带线的宽度 w:
图 5 微带天线单元的 VSWR 与增益仿真结果图
2.阵列设计
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。 由于天线阵或相控阵可能获得这些特性， 从而使得阵技术在实际中获得广泛的应用， 大大促进了阵技术和理论的发展。 70 年代以后，随着微带天线的出现与发展，人们对以微带线馈电的微带天线阵产生浓 厚兴趣。同一般微波天线一样，要得到高增益，波束扫描或波束控制等特性，只有将离散的 辐射元组成阵列才有可能。微带天线阵在下列诸方面具有独特的优势： （1）结构简单，易于 制作和生产； （2）重量轻、体积小和成本低； （3）容易同安装表面拱形或在安装表面有很薄 的凸起； （4）易于实现多极化、变极化或双频工作； （5）馈电网络可以与微带天线元集成在 同一介质板上。 本设计中天线阵元采用上面讨论的矩形贴片单元组成 2*2 四元阵， 增益和带宽都能较好 满足设计要求。 2.1 阵的馈电及结构 阵的馈电网络主要任务是保证各阵元所要求的激励振幅和相位， 以便形成所要求的方向 图，或者使天线性能某项指标最佳。对馈电网络的主要要求是阻抗匹配、损耗小、频带宽和 结构简单等。阵的馈电形式主要有并连和串联馈电两种形式。本设计采用并联馈电，将馈电 点的输入功率平均分配到各个阵元。 本设计要实现简单的同相阵， 可以利用各路馈线等长来 保证各元同相激励。图 6 所示为设计的四元微带天线阵列示意图。在馈电点处采用同轴线 背馈。
一种2.4GHz圆极化微带贴片天线的设计与实现
0 引言20世纪70年代中期，微带天线理论得到重大发展。
微带天线由于体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于目标共形等优点而深受人们亲睐，在移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统（GPS）、无线局域网通信等领域得到了大力推广和广泛应用。
然而随着卫星通讯、运载火箭测控通讯技术的不断发展，雷达应用范围的扩大以及对高速目标在各种极化方式和气候条件下的跟踪测量需要，单一极化方式很满足要求，圆极化天线的应用研究就显得十分重要[1-2]。
圆极化天线具有旋向正交性，即圆极化波入射到对称目标（平面、球面等）具有旋向逆转的特性，这一特性在通信、电子对抗中得到广泛应用，尤其是在移动通信和GPS 领域中用来抗雨雾干扰和多径反射；圆极化天线能够接收任意极化的来波，其辐射波也可被任意极化的天线接收，这一特性在电子对抗中用来干扰侦察敌方的各种线极化、椭圆极化的无线电波，在微波探测领域用来减少信号漏失并提高探测灵敏度[3]。
基于微带圆极化天线的优点，为一谐波探测雷达设计了中心频率为2.4GHz 的圆极化微带贴片发射天线，使得谐波探测雷达在探测时不需考虑扫描角度的影响，提高了探测的速度和灵敏度，文中将给出天线的详细设计方案和实测性能。
1 微带贴片天线工作原理1.1 辐射机理微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加金属薄片而形成的天线[4]。
通常介质基片的厚度与波长相比是很小的，属于电小天线。
微带天线结构比较简单，实际上就是一块印刷电路板，全部功率分配器、匹配网络、辐射器都可以刻在介质基片的一侧，另一侧为金属地板。
导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形、三角形、椭圆形或其它形状，其中矩形贴片较为常用。
其馈电方式也是多种多样，除微带线馈电和同轴线馈电两种基本方式外，还有临近耦合馈电、口径耦合馈电、共面波导馈电等技术。
常用的微带天线是由微带传输线馈电的矩形贴片天线[5]。
在贴片和接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射，因此微带天线也可看作是一种缝隙天线。
基于HFSS的蓝牙阵列天线的设计
吉林农业大学本科毕业设计题目名称：基于HFSS的蓝牙微带阵列天线设计学生姓名：杨桦院系：信息技术学院专业年级：电子信息科学与技术2班指导教师：顾洪军职称：讲师2015年 5 月 20 日目录基于HFSS的蓝牙微带阵列天线设计 (I)1 前言 (1)1.1 蓝牙的定义 (1)1.2 微带天线的定义 (3)1.3 微带天线的发展 (3)1.4 阵列天线的定义和优点 (4)1.5 HFSS仿真软件的介绍 (4)1.6 微波的定义 (6)2 天线的基本理论 (6)2.1 天线的方向图 (6)2.2天线的辐射强度 (7)2.3天线的方向性系数 (8)2.4 天线的效率 (9)2.5 天线的增益 (9)2.6 天线的输入阻抗 (10)2.7 天线的极化 (10)3 微波的基本概念 (12)4 微带天线的基本理论 (13)4.1 微带天线的辐射机理 (13)4.2 微带辐射贴片尺寸估算 (14)5 阵列天线的基本理论 (15)5.1 阵列天线的发展 (15)5.2 阵列天线的分类 (16)5.3 阵列天线的基本原理 (16)5.4 直线阵列天线的基本原理 (17)6 微带阵列天线的设计 (20)6.1 微带阵列天线单元的设计 (20)6.1.1 辐射贴片单元的尺寸 (20)6.1.2 辐射贴片单元的阻抗匹配 (20)6.1.3 微带线的尺寸 (21)6.2 微带阵列天线的整体设计 (23)6.2.1 阵元间距的确定 (23)6.2.2 阵列天线馈电网络的设计 (24)6.2.3 阵列天线的软件建模 (26)7 微带阵列天线的软件仿真 (27)7.1 天线的仿真数据 (27)7.2 天线的仿真结果分析 (29)8 结论 (33)参考文献 (33)致谢 (34)基于HFSS的蓝牙微带阵列天线设计姓名：杨桦专业：电子信息科学与技术指导教师：顾洪军摘要：随着科技和经济的快速发展，大量的天线被应用到太空科技、航海和移动通讯等领域，例如：小型化天线、多功能天线和多种实用性天线。
2.4 GHz天线和滤波器的器件选择与设计因素考虑
2.4 GHz天线和滤波器的器件选择与设计因素考虑2.4 GHz是现代RF设计的最佳选择，可以通过提及一些知名品牌来证明：蓝牙，ZigBee，Wi-Fi和WLAN。
人们还可以将细胞应用投入混合物中。
显然，这种未经许可的频段允许各种手持式，移动式和固定式基站设计，这些设计可以点对点通信，也可以通过蜂窝或网状网络进行路由。
但是，人气带来了技术问题。
即使使用通道分段，一个标准的信号也可以踩到另一个标准信号并阻塞吞吐量。
幸运的是，频率分配，算法，时间切片和后退定时器等技术有助于让每个人分享乐队并一起玩得很好。
即便如此，实现最佳性能和满足可靠性目标需要卓越的天线设计，并密切关注相关组件，以保持一切谐振。
更重要的是，无论是平衡还是单端，发射增益和接收灵敏度取决于天线的物理特性及其辐射方向图。
本文将介绍2.4 GHz天线以及使其工作的耦合网络。
它研究了可在2.4 GHz ISM频段工作的商用单芯片天线。
它讨论了与使用单芯片天线相关的天线类型，RF分布模式以及范围和设计问题，而不是连接器安装的外部天线或PCB天线。
信号路径使天线按需运行的关键是天线的信号路径。
虽然大多数RF芯片具有良好的输出级，但仍可能需要匹配，滤波和分离，特别是如果单个天线用于多个通信标准。
因此，典型的RF 输出级仍然必须连接到单端，平衡或双工匹配网络（图1）。
图1 ：虽然RF芯片具有很多功能，但与天线的匹配仍然是工程师的责任，并且根据所使用的天线类型以及它是否是共享RF级而不同。
例如，使用蓝牙的应用程序。
您可以使用带通或低通滤波器组合的单端输出级将IC驱动器级布线和匹配到天线（图2A）。
更好的方法是通过平衡- 不平衡转换器和带通滤波器使用平衡差分驱动器级（图2B）。
图2A：单个- 结束连接可以利用较低成本的过滤器和匹配元素。
自制路由器2.4G定向天线
自制路由器2.4G定向天线自制路由器2.4G定向天线2.4GHZ本身就是高频要求制作精度高，如果您动手能力差的话还是不要做的好许多网友看到网上的制作资料就急不可耐的去找材料，然后加班加点的制作。
等做出了天线发现效果不怎么样，或出了这样和那样的问题，才肯坐下来继续研究资料。
其实你大可研究好了再做，网上的图纸各种各样，你知道它的材料吗？因为它来自世界各地。
缩短率，平衡-不平衡转换，原理，构造，阻抗匹配等。
最起码得先了解些原理吧，比如有个网友做了个双菱形的感觉效果不怎么好就想再做个4菱形的，尺寸和原来的一样结果做出来了增益没有高，减益倒高了不少，因为双菱形的阻抗和4菱形的根本不一样。
无线系统的天线长度通常是使用频率波长的1/4，2.4Ghz由于频率高，波长当然就短，所以天线自然就特别短，因此使用 2.4Ghz系统当然就再不需要传统那样长长的拉杆天线了。
单一菱形四条边：每一边长1/4 波长，单个菱形全长1个波长，有些人会计入缩短系数（根据线径粗细0.96-1.05），所以有这么多值跑出来，最好自己计算。
频率为 2.4GHZ的波长是12.5cm ，2.4G波长=3*108/2.4？….*109=0.125m=12.5cm，根据频点可得不同长度。
如2.45G频率的波长12.24厘米，1.5mm铜丝的缩短系数0.96，则边长=波长*缩短系数/4=29.39毫米反射板的宽度应大于12.5CM，取140MM也是合理的，但不要太大了，能有个弧度最好为了减少杂波干扰,前面还可以制作一个挡板，过滤掉波长为几十毫米以下的杂波，当然这个工艺性要求较高，省去也是可以的。
引下线可以采用50欧姆的同轴电缆，长度计算应与阻抗相匹配。
2.4G高频信号衰减厉害，馈线最好不要超1米。
反射板屏蔽掉能获得更大增益，双棱增益10DB，屏蔽12DB ；四棱增益13DB，屏蔽 14DB一个菱形标准是3.15dbi，加反射板多3db，菱形每多一倍加3db，所以双菱形是3.15+3+3=9.15dbi；四菱形12.15dbi；八菱形15.15dbi；16 菱形18.15dbi；32 菱形21.15dbi；64 菱形24.15dbi；128 菱形是27.15dbi；要达到30dbi增益需要256 个菱形高增益天线应用在短距离时，其效果并不见得会比低增益天线来的好(近距离时，低增益天线的"等效截面积"，有时会比高增益天线来的大)，如果再加上于室内使用，因为多重路径的关系，高增益天线的效果也不一定会比低增益天线好下面是国外网站10db定向天线制作过程：。
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单元天线
• 3D图可知贴片微带天线只在半个空间辐射，另间距对天线的影响
• d=80
阵元间距对天线的影响
• d=85
阵元间距对天线的影响
• d=100
阵元间距对天线的影响
• d=90
阵元间距对天线的影响结果列表
阵元间隔 d 矩形贴片 W×L 匹配线尺 寸W×L λg/4阻抗 匹配线尺 寸W×L 相对带宽 增益(dB)
3.2 仿真结果
天线 参数 图
通过“momentum Visualization”窗口的“Far Field”区域，选择“plot” 下拉列表中E来观察三维电场方向图，单击Antenna Parameters
3.3 优化后的仿真结果
• 通过调试阵元的匹配线和矩形贴片的L，得到的理想增益，如下图
结论
辐射效率低（ 激励表面波、倒替、 功率容量小 介质损耗） 影基 响板 大对 性 能
频 带 窄
1.3 微带天线的应用前景
1.卫星通信、多普勒及其它雷达、 2.无线电测高计、指挥和控制系统、导弹遥测、武器信 管、便携装置、 3环境检测仪表和遥感、复杂天线中的馈电单元、 4.卫星导航接收机、生物医学辐射器等
提供高增益
改善增益 提高带宽
卫星通信、雷达、遥感、制导 武器以及便携式无线电设备
信号范围距离和穿透力加强了
辐射方向上更加狭窄， 某些方向上辐射能量更为集中
改善信号灵敏度
1.2 微带天线的特点
特点
优
薄 小 轻 具有平面结构 卫星 导弹面可共形结构 批量印刷生产 有源器件集成
多极易 频化获 段等得 工多圆 作功双 能 /
经过仿真数据可以得到：微带天线作为 单个天线来说，带宽和增益有所提高，达到 了常规设计的中上水平。然而方向性不强和 S参数偏大了，这是由微带天线自身特点决定 的；但完全满足微波天线的设计目标要求。
3.2四单元阵列天线
• 四单元最终Layout图形
四单元阵列天线
• 2D图
四单元阵列天线
四单元阵列天线3d
天线的改良都是以牺牲其余的某些特性为代价的，具体要看实际应用的需求而定。
二设计目标
a．工作频率：2.4GHz b．增益：大于13dBi c．驻波比：小于1.5 d．输出阻抗：50欧姆 e．相对带宽≥3%
三 设计和仿真结果分析
3.1 选型和参数确定
考虑到天线的成本和应用，尤其带宽和辐射增益的 要求。选用介质板材为Rogers R04003（玻璃纤维+陶瓷）， 其相对介电常数为3.38，厚度h=5mm,中心频率 =2.4GHz 。 （用厚且介电常数低的基板材料时，辐射更强、带宽易实 现 ). 有效介电常数 ，贴片宽度W， 矩形贴片的长 度L可由公式算出
结论
• 随着阵列天线数目的增加，天线的增益也 越来越大，根据有限的的实验以及已经验 证了的理论，我们可以认为采用阵列天线 的方式增加天线增益是一种可行的办法， 一般增益与阵列天线数目成一定的线性关 系
天线增益的变化分析
• 单个天线的增益，如图所示
天线增益的变化分析
采用并联方式组成的双阵列天线的增益，如 图所示
f0
3.2 单元天线
• 新建一个工程
单元天线
• 新建Layout图
单元天线
• 进行介电常数以及基板厚度的设定
单元天线
• 金属贴片
• 先点击矩形工具，再打开insert选项，输入 数值
单元天线
• 矩形贴片
单元天线
加端口后的的仿真图
单元天线
• 进行原理图匹配
单元天线
• 匹配后的S参数性能
。
1.4微带天线的发展现状
常规设计带宽： 1%—6% 新一代典型带宽：15%—20%也已制成超宽频带微带天线 。
发 展 现 状
微带天线现已应用于大约100MHz—100GHz的宽广频域 上的大量无线电设备中，特别是在飞行器上和地面便携式 设备中。 在要求低剖面辐射器的场合，即使微带天线某些特性不 如正常天线，也往往被优先选用。 随着微带天线材料、设计和加工工艺的不断发展，其应用 正在与日俱增。微带天线将能替代不少常规天线，而成为 一些民用和军事装备，特别是便携式设备的更新换代产品。
75
46.9×37. 1 1.5×5.63
80
46.9×37. 1 1.5×7.8
85
46.9×37. 1 1.5×7.3
90
46.9×37. 1 1.5×5.3
95
46.9×37. 1 1.5×4
100
46.9×37. 1 1.5×4.2
3.165×20 3.165×20 3.165×20 3.165×20 3.165×20 3.165×20 .4 .4 .4 .4 .4 .4 5.4% 11.838 5% 12.1068 5.2% 12.355 2.9% 12.3805 2.9% 12.2065 2.9% 12.2761
天线增益变化分析
• 采用并联方式组成的四阵列天线的增益， 如图所示
结果分析
一：在一定范围内，阵元间隔越大，天线的相对带 宽越小 二：在一定范围内，增益随着阵元间隔距离的增大 而增大，超过一定的距离后增益下降。根据相关 的资料查阅， 经过大量的实验后，发现阵元间 d =0.83和0.76 方向性系数和增益分别达 隔在 到最大 三 由图可以看出单元天线增益约为2-3之间，双阵 列天线增益约为5-6之间，四单元阵列天线约为 11-12之间（调试阵元的匹配线和矩形贴片的L或 调试四分之一阻抗匹配线的长宽增益可再提升几 dB）
论文答辩
论文题目： 2.4GHZ四单元阵列天线设计研究
Design of micro-strip antenna which works in 2.4GHz
目录
• 一 选题意义、目的和背景 • 二 设计目标 • 三 微带天线的设计和仿真结果
一 选题意义、目的和背景
1.1 选题意义
• 2.4GHZ微带阵列天线
• 主要设计方法：本章设计了四单元微带阵列天线，采用并 联馈电，讨论了阵元间隔对天线增益、相对带宽的影响， 在调试中遇到的问题主要是每一次调整间隔大小导致输出 阻抗没有匹配到50Ω ，S（1，1）曲线显示的中心频率也 会偏移，主要通过调试阵元中矩形贴片的L和匹配线长度， 使输出阻抗匹配到50Ω ，中心频率为2.4GHz。