(完整word版)圆极化微带天线设计
一种圆形开槽微带天线的设计
一种圆形开槽微带天线的设计介绍：微带天线是一种常见的天线形式，广泛应用于无线通信系统中。
圆形开槽微带天线是一种具有较大带宽和较高辐射效率的设计。
它由圆形金属基底和中心开槽组成，通过调整开槽的参数，可以实现不同频率上的工作。
设计步骤：1.选择合适的基底材料：常见的基底材料有FR-4玻璃纤维胶片和PTFE，选择材料时要考虑其介电常数和损耗因子。
2.计算基底尺寸：根据工作频率和介电常数，计算得到合适的基底尺寸。
对于圆形开槽微带天线，基底的直径应大于波长的四分之一3.设计圆形开槽：圆形开槽是通过在基底中心开一个圆形孔的方式实现的。
孔的直径和位置会影响天线的工作频率和辐射特性。
可以使用天线模拟软件进行仿真和优化。
4.添加微带线：在孔的边缘连接到微带线，微带线的宽度和长度也是可以调整的参数之一、微带线的长度可以根据公式l=λ/4来计算，其中l为微带线长度，λ为工作频率的波长。
5.优化设计：通过仿真和测试，对设计进行优化。
可以调整基底尺寸、开槽参数和微带线参数等，以实现更好的性能。
6.制作天线：使用PCB制作技术将设计好的天线印刷在基底上。
可以选择双面PCB板，将微带线印刷在一侧，然后通过焊接连接到另一侧，形成闭路。
7.测试性能：通过测试，检验天线的工作频率、辐射特性和带宽等性能指标。
8.优化设计：根据测试结果，对设计进行再次优化，进一步改善性能。
总结：圆形开槽微带天线是一种常见的天线设计，可以实现较大的带宽和较高的辐射效率。
在设计过程中，需要选择合适的基底材料和尺寸，并进行开槽和微带线的优化。
通过仿真、制作和测试，可以获得理想的性能。
这种设计可以广泛应用于无线通信系统中。
圆极化微带天线的设计与实现 (1)
2004年4月重庆大学学报Apr.2004 第27卷第4期Journal of Chongqing UniversityVol.27 No.4 文章编号:1000-582X (2004)04-0057-04圆极化微带天线的设计与实现Ξ韩庆文,易念学,李忠诚,雷剑梅(重庆大学通信学院,重庆 400030)摘 要:圆极化微带天线是一种低剖面的天线元,研究圆极化微带天线的特性在天线设计中显得十分重要,而微带贴片天线的馈电位置的确定是设计的关键。
针对单端侧馈五边形圆极化微带天线进行了详细分析和论述;简要介绍了微带天线的实现方法,并介绍了一种用于分析多边形微带天线的有效方法———有限元分析法;通过对一个5.6GHz 的五边形圆极化微带天线的研究设计,给出了圆极化微带天线的设计过程,找到了确定馈电点位置的合理方法,采用HFSS 软件进行优化设计,进行仿真,给出了合理的仿真结果。
关键词:微带天线;圆极化;轴比;五边形;方向图;电压驻波比;带宽 中图分类号:TN820.11文献标识码:A 目前简单的线极化天线已很难满足人们的需求,这就使得圆极化微带天线倍受青睐。
但在微带天线的分析中,近似处理较多,使得天线的设计准确性并不太好,微带贴片天线的馈电位置的确定往往需要实验调整的方法进行研究。
另外由于微带天线的频带窄,设计尺寸的微小误差都会造成天线谐振频率的偏离,极化特性也会变差。
在实际工作中由于介质基片的离散性,也影响了谐振频率的准确性[1]。
针对上述问题,特别对圆极化微带天线的设计过程进行了深入的分析;通过应用HFSS 高频结构软件仿真,使天线的性能得到了优化。
1 微带天线微带天线是一种基于微带传输线的天线。
它有多种形式,按结构特征,可把微带天线分为两大类,即微带贴片天线和微带缝隙天线;常用的一类,是贴片微带天线。
贴片可以是矩形、圆形、椭圆形及其它形状,在此选用五边形贴片。
微带天线的辐射,是由微带天线边沿和接地板之间的边缘场产生的。
(整理)微带天线设计
08通信陆静晔0828401034微带天线设计一、实验目的：●利用电磁软件Ansoft HFSS设计一款微带天线⏹微带天线的要求：工作频率为2.5GHz，带宽（S11<-10dB）大于5%。
●在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。
二、实验原理：微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。
微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。
图1-1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。
与天线性能相关的参数包括辐射源的长度L、辐射源的宽度W、介质层的厚度h、介质的相图1-1对介电常数εr和损耗正切tanδ、介质层的长度LG和宽度WG。
图1-1所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。
对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能。
矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L方向上有λg/2的改变，而在宽度W方向上保持不变，如图1-2（a）所示，在长度L方向上可以看作成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W方向的边缘由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。
从图1-2（b）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等、方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。
假设矩形贴片的有效长度设为L e ,则有L e =λg ∕2 （1-1）式中，λg 表示导波波长，有λg =λ0∕√εe (1-2)式中，λ0表示自由空间波长；εe 表示有效介电常数，且εe =εr +12+εr −12(1+12h W)−12 (1-3) 式中，εr 表示介质的相对介电常数；h 表示介质层厚度；W 表示微带贴片的厚度。
一种共形圆极化微带天线的设计
波； 在 复 杂气 候 条件 下 （ 雨、 雾等） ， 仍 能 满足 通 信 需要 。因此设 计共 形 圆极 化 天线具 有现实 意义 。
对 于 圆柱共形 的 圆极 化微 带天 线 ， 已有 相 关
研究 。文献 ［ ６ ］ 和文 献 ［ ７ ］ 分 别研究 和设 计 了柱 面 共形 的 圆极 化 天 线 阵 列 。 由于 载 体 曲率 半 径 不 同， 天 线性 能有较 大差异 Ｊ 。因此 ， 有必要 研究 圆 柱半 径对 圆极化 共形 天线性 能 的影 响 。 本文 首先设计 了一种共 面波导 馈 电的矩 形缝
察敌方 的 各 种 线 极 化 及 椭 圆极 化方 式 的 无 线 电
单馈点圆极化GPS微带天线
1 引言
双馈点圆极化微带天线由于需要外加 3dB 90°相移网络, 使天线结构与组成复杂, 不便 于实现微波集成设计。 微带天线理论分析一般采用以下三种方法: 传输线模型、 腔模理论 和积分与微分方程模型 (即矩量法)。 本文主要是在腔模理论的基础上通过微扰变分方法, 给出单馈点圆极化微带贴片天线的分析和设计。介绍一种用于 GPS 系统的单馈点圆极化微 带天线, 其测试结果与设计预估十分一致。 无需反复调试, 做到一次设计、 一次加工、 一 次成功。 该天线除结构紧凑, 易于微波集成外, 还具有十分优良的圆对称半球波束、 良好 的广角圆极化和阻抗匹配特性。 对 GPS 应用来说是一种性能优良的天线。
分布在周边 x = ± a 2, y = ± a 2; 相应的 E z 的基模标量特征函数为
Ω10 = V 0 sink x x , V 0 = 2 a Ω01 = V 0 sink x y , k x = k y = Π a 一个形状规则的矩形微带天线由一点馈电可产生极化正交幅值相等的二简并模, 但不 能形成 90°的相位差。为使二简并模间形成 90°的相位差必须在规则形状单元上附加一简并 模分离单元, 使简并模谐振频率产生分离。当矩形微带贴片天线附加分离单元 ∃S 之后 (如 图 2 所示) , 其波数就不同了。 当只考虑基模激励 时, 新模的特征函数可写为原来二特征函数的线 性叠加: Ω′= p Ω10 + qΩ01 式中 p , q 为待求常系数。利用变分理论, 新波 数写成
中 3 0 国 空 间 科 学 技 术 2002 年 4 月
CH IN ESE SPA CE SC IEN CE AND T ECHNOLO GY 第 2 期
单馈点圆极化 GPS 微带天线
L波段矩形切角圆极化微带天线的设计
万方数据第３３卷电子测量技术Ｖ２“＋量：妒。
＝０警＝ｏ（２）仅在离散的ｋ。
方程（２）才存在不为零的解，每一个ｋ。
值对应一个特征函数。
把式（２）两边乘以特征函数的共轭％，然后在腔体体积上积分，在矩形微带天线周界Ｃ上积分为零，于是可得…：＝糌（３）显然，ｋ。
为零或者正整数。
设矩形微带天线只激励基模，在引入切角分离单元后，可令新的特征函数为∥，相应的波数为ｋ７，则可设：∥一Ｐ≯。
ｔ＋Ｑ乒，。
（４）将式（４）代入式（３）可得‘”：｜１．（ＰＶ幽。
＋ＱＶ咖。
）２ｄｓ’ｌｌ，（即。
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）２ｄｓ７式中ｌｓ７＝ｓ十Ａｓ，现在令：ＩＩ（Ｖ咖１）２ｄｓ＝ｇ。
ｌｌ（Ｖ幽。
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Ｖ们舭ｄ＿ｑｌｚ将式（６）代入式（５）简化为：五，ｚ：』！！昱：里！“，２（Ｐ・Ｑ）如果Ｐ、Ｑ有解则计算可得：ｑ１２ｑ２。
口１２＝０Ｐ１＝Ｐ２＝２（△ｓ／ｓ）Ｐ１２＝一２（△ｓ／ｓ）把式（８）代入式（７）。
可得ｔ志％＝艇。
（１—４△ｓ／ｓ）（５）由式（１２）可知：通过控制切角的尺寸可以控制两个简并正交模式谐振频率的分离程度，从而控制两个模式特征阻抗的相差。
以实现囤极化辐射。
根据前面的分析可将一点馈电矩形圆极化微带天线的设计步骤归纳如下：１）根据给定的工作频率和介质基板确定微带天线尺寸Ｗ。
对于介质基片厚度为ｈ，相对介电常数为ｅ，。
天线工作频率为的前提下ｆ，能够形成较高辐射效率的贴片宽度为［“ｌⅣ＝毒（孚）。
１他２）计算规则矩形微带天线的扰动量Ａｓ／ｓ，从而可以确定切角的尺寸［７３；３）确定馈电点的位置根据腔模理论可计算得到微带腔体的Ｑ值。
根据Ｑ值可以求得微带天线的输入阻抗与馈电位置Ｌ。
（Ｌ。
为馈电点距离宽边边沿的距离）的关系式［９］ｔｐｏ一１１２０），ｏ““一２ｗＬｏ＝“－－－－ａｒｃｃｏｓ（√Ｒ。
／Ｒ二）丌因为同轴馈线的特性阻抗为５０Ｑ，因此为了阻抗匹配。
用于WLAN的双频圆极化天线的设计
_用于WLAN的双频圆极化天线的设计摘要天线作为接收和辐射电磁波的部件是无线通信系统中的一个重要的组成部分，而微带天线所具有的体积小、重量轻、易共形、剖面低、容易集成等各种特点正好符合了WLAN天线的要求，由于微带天线本身具有频带窄、高品质因数、效率低等缺点限制了它们的应用，因此工作可以实现收发一体的功能的双频带天线，就可以处理同步进行发射与接收的两个不同的频段的信号。
单极子和偶极子天线为线极化天线，如果发射端与接收端都为线极化天线，则当两者平行时接收效率最高，两者垂直时接收效率最低。
在实际应用中，若接收天线与发射天线垂直时很难接收到有用信号，故可考虑设计圆极化天线来进行替代，使发射与接收天线在任意角度都能有较好较稳定的信号传输。
普通的微带天线设计的带宽窄，因此本文通过在介质基板开缝的方式，调节两对对角缝隙的长度来实现双频圆极化，通过缝隙进行耦合馈电的方式供给天线激励，拓展了天线的带宽，并且可以在2.4GHz-2.5GHz和5.7GHz-5.85GHz两个频率之间达到指定的增益。
关键词：圆极化；双频；WLAN；微带缝隙天线AbstractThe antenna is an important component of the wireless communication system as a component for receiving and radiating electromagnetic waves,and the microstrip antenna has the characteristics of small size,light weight, easy conformality,low profile,easy integration, etc.The requirements of the antenna,due to the narrow band,high quality factor and low efficiency of the microstrip antenna itself,limit their applications.Therefore,the antenna working in the dual band can realize the function of transmitting and receiving,so that it can process synchronous transmission and reception.The signals of two different frequency bands. The monopole and dipole antennas are linearly polarized antennas.If both the transmitting end and the receiving end are linearly polarized antennas,the receiving efficiency is the highest when the two are parallel,and the receiving efficiency is the lowest when the two are vertical. In practical applications,if the receiving antenna is difficult to receive a useful signal when it is perpendicular to the transmitting antenna,it may be considered to design a circularly polarized antenna instead,so that the transmitting and receiving antennas can have better and stable signal transmission at any angle.The bandwidth of the conventional microstrip antenna design is narrow.Therefore,the double-frequency circular polarization is realized by adjusting the length of the two pairs of diagonal slits by slitting the dielectric substrate,the antenna excitation is provided by means of a slot-coupled feed,which expands the bandwidth of the antenna and achieves a specified gain between two frequencies of 2.4 GHz to 2.5 GHz and 5.7 GHz to 5.85 GHz.Key words:Circular polarization;dual frequency;WLAN;microstrip slot antenna目录第1章绪论 (1)1.1无线局域网的概述 (1)1.2选题的目的及意义 (1)1.3微带缝隙天线的发展现状 (2)1.3.1国外的发展动态 (2)1.3.2国内的发展动态 (2)第2章微带缝隙天线 (4)2.1微带缝隙天线的原理 (4)2.2缝隙天线的加载技术 (4)2.3微带天线的理论分析方法 (5)第3章微带天线技术 (7)3.1微带天线多频技术 (7)3.2微带天线产生圆极化的方式 (7)第4章天线的设计 (9)4.1介质基板及其材料的选择 (9)4.2 天线的耦合馈电 (9)4.3天线的结构 (9)第5章仿真结果分析 (14)第6章实物加工及分析 (22)6.1 天线的加工制作 (22)6.2天线的实测 (22)第7章研究展望 (24)参考文献 (24)致谢.............................................................................................................................................第1章绪论1.1无线局域网的概述计算机网络和无线通信技术的发展成熟使得无线局域网技术应运而生。
双圆极化微带天线的设计_图文(精)
AnSoft HFss软件进行仿真优化设计,具体尺寸为
1天线大小L51—26.8mm,Ls2—18mm;
2介质板介电常数￡一9.8;
3介质板尺寸Lm一48rnm,厚度H2一H1—2nⅡn。
利用以上尺寸,建立模型仿真结果如图3~图4所示,图3为天线的电压驻波比系数(VSWR,图4为天线辐射方向图,其中。度方向为天线辐射面法线方向。
摘要研究了小型化双圆极化微带天线的设计方法。重点讨论了实现双圆极化、宽波束宽度微带叠层天线小型化的实现方法,并利用仿真软件进行仿真分析,在此基础上研制了样件,对其电性能进行了测量,测量结果表明:此微带天线具有圆极化、宽波束宽度和小型化的特点。
关键词圆极化;宽波束宽度;小型化;微带天线
中图分类号TN821+.1文献标志码A
由图3、图4可以看出天线的两个工作频率VSWR≤2、最大辐射方向轴比Axial Ratio≤2dB, ^一1.616GHz时3dB波瓣宽度为115。,^= 2.49l GHz时3dB波瓣宽度为120。。
一lO
一20
∞一30
相一40
奢
一30
一20
—10
O
1.O1.21.4I.61.8
2.O
邝IIz
(a^=1.616GHz
化特性。
4.结论
研究了小型化双频双圆极化微带天线的设计方法,通过采用叠层天线的设计思路使天线工作在两
个离散的频率点产生不同极化的圆极化波,并通过
6
5
4
3
2
I
凝豫越鲻斟
396电波科学学报第25卷
使用高介电常数减少天线尺寸和展宽波束宽度,增加天线对称结构改善圆极化特性,然后根据Ansoft HFSS软件仿真优化出的结构尺寸,加工了天线样件,样件尺寸为48删m×48删m,其电测的结果也满足了设计指标的要求,该天线已经用于工程实际,有很高的实用推广价值。
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ＧＰＳ圆极化微带天线设计
1.1微带天线简介
微带天线是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片，一面全部敷
以金属薄膜层做接地板而成。GPS天线通常使用平面天线和螺旋形天线。近年来微带天线
由于具有重量轻，体积小，易于实现圆极化。而GPS功能在个人行动通讯设备特别是手机
中的普及，更使得GPS天线的小型化研究成为十分热门的话题。
1.2GPS微带天线结构与原理
上图是一个简单的微带天线结构，由辐射元，介质层和参考地三部分组成。
与天线性能相关的参数为辐射元的长度L,辐射元的宽度W，介质层的厚度h,介
质的相对介质电常数εr ，介质的长度和宽度。
1.3辐射机理
理论上可以采用传输线模型来分析其性能，假设辐射贴片的长度近似的为半
波长，宽度为w,介质基片厚度为h,工作波长为λ；我们可以将辐射贴片，介质
基片和接地板视为一段长度为λ/2的低阻抗微带传输线，在传输线的两端断开
形成开路。由于介质基片厚度h<<λ，故电路沿着h方向基本没有变化。最简单
的情况可以假设电场沿着宽度w方向也没有变化。那么在只考虑主模激励（TM10
模）的情况下辐射基本上可以认为是由辐射贴片开路的边缘引起的。在两开路的
电场可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，由于辐射贴片长度约为半
个波长，所以两垂直分量方向相反，水平分量方向相同。因此，两开路端的水平
分量电场可以等效为无限大平面上同相激励的那个缝隙，缝隙的宽度为ΔL（近
似等于基片厚度h），长度为w，等效缝隙相距为半波长，缝隙的电场沿着w方
向均匀分布，电场方向垂直于w。
1.4微带天线贴片尺寸估算
2
设计高效率辐射的宽度w,21212rfcw 式中C为光速。
辐射贴片的长度一般为2e，这里的e是介质内的导波波长，即
e
=efc
考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射单元长度L应为
L=efc-2ΔL 式中e是有效介电常数，ΔL是等效辐射缝隙长度，
同轴线馈电点的位置，宽度方向上馈电点的位置一般在中心点，在长度方向上边
缘处（x=L/2）的输入阻抗最高。由以下的公式计算出输入阻抗为50欧姆的馈
电点位置：
re1-12L1L
2ＨＦＳＳ设计环境概述
2.1模式驱动求解。
2.2建模操作。
模型原型：长方体，圆柱体，矩形面，圆面。
模型操作：相减操作。
2..3边界条件及激励：
边界条件：有限导体边界，辐射边界.
端口激励：集总端口激励。
2.4求解设置。
求解频率：１.６ＧＨｚ
扫频设置：快速扫描，频率范围：１～２ＧＨｚ
2..5
Ｏｐｔｉｍｅｔｒｉｃｓ
参数扫描分析
优化设计
2.6数据后处理：Ｓ参数扫描曲线，３Ｄ辐射方向图。
3.1仿真模型
3
３.2结果
Ｓ参数扫描曲线 3D辐射方向图
1从分析结果中可以看出设计的微带天线谐振频率在1.6GHZ。且在1.6GHZ
频点附近上的回波损耗为20.5dB左右。
2 从三维增益方向图中可以看出该微带天线最大辐射方向是微带贴片的法向
方向 ，即z轴方向。
4.总结和展望
4
为了满足GPS天线的低剖面，易集成的特点，对传统的微带GPS天线进行了研究和分
析。通过在传统的微带天线贴片上开槽实现其小型化，在开槽的同时，我们也发现开槽可
以减小天线的面积，同时对其辐射特性也带来一定的影响，由于辐射面积减小，其辐射能
力也有一定的下降。
对于微带天线，可以多采用几种小型化技术，进一步减小其体积，同时不提高天线的
成本，进一步改善圆极化带宽，加宽方向图的辐射波束。除此之外，馈电点位置也应该进
一步优化。是其低频能实现好的圆极化性能。
在无线通信系统中，由于无线通信的发展需要，特别是随着GPS系统越来越多的在移动
设备中的应用，天线的小型化，圆极化和多频段已经成为主要的研究方向其应用前景也非
常广泛。GPS在未来的应用将有无限广阔的前景，由于应用的的需要，其天线在许多方面
还将得到进一步的发展，如微带天线的介质材料的更新，分形技术，光子带隙等新型技术
的应用等。
5
参考文献
[1].叶云裳《一种星载GPS接收天线》。《中国空间科学技术》。2001年6月。
[2].钟顺时《微带天线与理论》，西安电子科技出版社