应用于WLAN的宽频带天线设计
电磁带隙结构及在天线设计中的应用研究
电磁带隙结构及在天线设计中的应用研究电磁带隙结构及在天线设计中的应用研究一、引言随着无线通信技术的快速发展，天线设计成为无线通信系统中非常重要的环节。
而电磁带隙结构由于其独特的波导特性，成为天线设计中的热点研究方向。
本文将介绍电磁带隙结构的基本原理及其在天线设计中的应用研究。
二、电磁带隙结构的基本原理电磁带隙结构是指一系列平行金属表面间存在的巨大的磁场或电场的禁区。
这些禁区的形成与波在介质中传播时发生的干涉有关。
在特定频段上，电磁波在电磁带隙结构中无法传播，从而形成带隙。
电磁带隙结构具有以下特点：宽频带、小尺寸、低辐射损耗和高辐射效率。
三、电磁带隙结构在天线设计中的应用1. 电磁带隙结构天线电磁带隙结构天线是利用电磁带隙结构的禁区特性来实现天线的辐射。
这种天线可以大幅度减小天线的尺寸，同时保持较高的辐射效率。
例如，利用电磁带隙结构可以设计出非常小巧的微带天线，适用于集成在微型设备中。
2. 电磁带隙结构导体天线电磁带隙结构导体天线是使用电磁带隙结构导线来代替传统天线的导线。
由于电磁带隙结构导线具有较小的电磁波辐射损耗，可以提高天线的辐射效率。
此外，电磁带隙结构导线还可以实现多频段的天线设计，具有较高的频带宽度和灵活性。
3. 电磁带隙结构辐射器电磁带隙结构辐射器利用电磁带隙结构的特性来实现天线的辐射。
辐射器的结构设计可以根据所需的辐射特性进行调整，如方向性、阻抗匹配等。
电磁带隙结构辐射器的应用领域广泛，包括无线通信、雷达、航空航天等。
四、电磁带隙结构在天线设计中的优势1. 迷你化设计。
电磁带隙结构可以大幅缩小天线的尺寸，适合于对尺寸要求较严格的场景，比如微型设备、无人机等。
2. 高频带宽。
电磁带隙结构可以实现大的频带宽度，可以广泛适用于不同频段的天线设计。
3. 辐射效率高。
电磁带隙结构的天线具有较高的辐射效率，可以实现更好的信号传输和接收性能。
4. 阻抗适配性强。
电磁带隙结构的天线设计可以通过调整其结构参数来实现阻抗匹配，提高天线的适配性。
宽频带双锥接收天线的设计
Ａｎｔｅｎｎａ ｆａｃｔｏｒ ａｎｄ ｐａｔｔｃｍ ａ旭ｉｎｔｒｏｄｌｌｃｃｄ．ｎ把ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｔｈｅ
ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｔｅｓｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｌａｂｖｉｅｗ．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｐａｉｒ ｏｆｂｉｃ∞ｉｃａｌ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ．
ａｎｄ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ａｎｔｅｎｎａ ｅｌｅｍｅｎｔｓ。ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｂａｌｕｎ ａｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．８９ｍｍ Ｗａｓ ｃｈｏｓｅｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ６０ｍｍ Ｗａｓ ｃｈｏｓｅｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆｂａｌｕｎ．Ｔｈｉｒｄ．ｔｈｅ
超宽带Vivaldi阵列天线设计
超宽带Vivaldi阵列天线设计袁晶;王元源;华根瑞【摘要】为了满足超宽带系统对天线的需求，本文设计并制造了覆盖6～18GHz 频带的超宽带Vivaldi阵列天线，并采用微带渐变线功分器网络达到超宽带馈电与低损耗传输的目的。
通过组阵与添加寄生单元进一步降低天线驻波，提高了阵列性能。
仿真计算与实测结果表明该阵列天线在超宽频带内驻波小于2．1，并且具有优良的辐射特性。
%For satisfying request of the UWB system for antenna, an ultra wide-band Vivaldi array antenna which covering the frequency band from 6GHz to 18GHz is designed and manufactured. And the microstrip tapered-line power divider is adopted to achieve ultra wide-band feeding and low-cost transmission. Arranging array and adding parasitic elements can further reduce VSWR of the antenna, and enhance performance of the array. The simulated computation and measured results indicate that the VSWR of this array antenna is less than 2. 1, and the array antenna has excellent radiation characteristic in the ultra wide frequency band.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】5页(P80-84)【关键词】超宽带阵列;Vivaldi天线;渐变线功分器【作者】袁晶;王元源;华根瑞【作者单位】西安电子工程研究所,西安710100;西安电子工程研究所,西安710100;西安电子工程研究所,西安710100【正文语种】中文【中图分类】TN821 引言超宽带(Ultra Wide-Band，UWB)技术起源于二十世纪五十年代末［1，2］，上世纪六十年代就已经出现了有关UWB的发射机和接收机技术。
《移动通信多频阵列天线设计与阵列优化》范文
《移动通信多频阵列天线设计与阵列优化》篇一一、引言随着移动通信技术的飞速发展，多频阵列天线在无线通信系统中的应用日益广泛。
为了满足不同频段、不同频谱需求，移动通信多频阵列天线的设计与阵列优化成为研究热点。
本文旨在探讨移动通信多频阵列天线的设计原理、方法及阵列优化技术，以期为无线通信系统的优化提供参考。
二、多频阵列天线设计原理1. 设计目标与要求移动通信多频阵列天线设计旨在实现宽频带、多频段覆盖，提高系统性能及传输速率。
设计过程中需考虑以下要求：（1）满足不同频段、不同频谱需求；（2）保证天线增益、辐射效率等性能指标；（3）降低天线尺寸，便于集成与安装。
2. 设计方法与步骤（1）根据设计要求，选择合适的阵列天线类型，如平面阵列、圆柱阵列等；（2）确定天线单元的尺寸、形状及排列方式；（3）进行仿真分析，优化天线单元及阵列性能；（4）根据仿真结果，制作实际天线并进行测试验证。
三、多频阵列天线单元设计1. 天线单元类型选择根据应用场景及性能需求，选择合适的天线单元类型，如微带天线、贴片天线等。
这些天线单元具有结构简单、成本低廉、易于集成等优点。
2. 天线单元设计参数优化针对所选天线单元类型，通过仿真分析优化其尺寸、形状及馈电方式等参数，以获得更好的辐射性能及增益。
同时，需考虑天线单元的互耦影响，以保证整体阵列性能。
四、阵列优化技术1. 阵列布局优化根据实际需求及环境因素，对阵列布局进行优化。
通过调整天线单元的排列方式、间距及倾角等参数，实现更好的辐射性能及覆盖范围。
同时，需考虑阵列天线的空间分布特性，以降低互耦影响。
2. 数字波束成形技术数字波束成形技术是提高阵列天线性能的有效手段。
通过调整各天线单元的相位及幅度权重，实现波束的精确控制与优化。
此外，数字波束成形技术还能有效提高系统的抗干扰能力及信号质量。
五、实验与测试验证1. 仿真分析利用电磁仿真软件对设计的多频阵列天线进行仿真分析，验证其性能指标是否满足设计要求。
高频通信中的天线设计与优化
高频通信中的天线设计与优化在当今的通信领域，高频通信因其能够提供高数据传输速率和大容量通信而备受关注。
而在高频通信系统中，天线的设计与优化起着至关重要的作用，它直接影响着通信的质量和效率。
天线，作为电磁波的发射和接收装置，其性能的优劣对于高频通信的效果有着决定性的影响。
在高频通信中，由于信号的波长较短，对天线的尺寸、形状和结构等方面都提出了更高的要求。
首先，从天线的尺寸来看。
由于高频信号的波长较短，相应的天线尺寸也会变小。
这就意味着在设计天线时，需要更加精确地控制天线的物理尺寸，以确保其能够有效地工作在特定的高频频段。
例如，微带天线在高频通信中应用广泛，其尺寸较小，便于集成在通信设备中，但同时也需要精心设计其贴片形状和尺寸，以实现良好的辐射特性和阻抗匹配。
其次，天线的形状也是设计中的关键因素。
不同形状的天线具有不同的辐射特性和方向性。
比如，偶极子天线结构简单，但方向性相对较弱；而抛物面天线具有很强的方向性，能够将信号集中在特定的方向上发送或接收，从而提高通信的距离和效率，但它的结构较为复杂，体积较大。
在高频通信中，根据具体的应用场景和需求，选择合适形状的天线至关重要。
在高频通信天线的设计中，材料的选择同样不容忽视。
良好的天线材料应具备低损耗、高导电性和良好的机械强度等特性。
例如，铜和铝是常见的天线制造材料，它们具有良好的导电性，能够有效地减少信号的损耗。
此外，一些新型的材料如石墨烯等，由于其独特的电学特性，也在高频天线的研究中展现出了潜在的应用价值。
除了上述的基本设计要素，天线的优化也是提高高频通信性能的重要手段。
优化的目标通常包括提高天线的增益、带宽、方向性和效率等。
为了提高天线的增益，可以采用阵列天线的设计。
通过将多个相同的天线单元按照一定的规律排列，利用它们之间的相互作用，可以实现更高的增益。
然而，阵列天线的设计也面临着单元之间的耦合、相位控制等问题，需要通过精确的计算和优化来解决。
增加天线的带宽也是优化的一个重要方向。
梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线
图1 梯形多缝天线示意图1 梯形多缝天线简介梯形多缝天线是一种具有较好的宽频带工作性能的多缝天线，其结构如图1所示。
梯形多缝天线利用多条辐射缝隙工作频段叠加实现宽频工作，它由3条以上直线缝隙组成，从上到下，直线缝隙的长度逐渐增加。
每条直线缝隙的长度不同，工作频带不同，多条直线缝隙的辐射叠加，可以形成一个工作带宽较大的工作频带。
2 六边形光子晶体结构简介六边形光子晶体结构如图2所示。
把一个金属六边形结构分为12个直角三角形，在每个直角三角形的中心形阵列结构设计阵列天线可以保证天线具有超宽频带工作特性。
4 梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线结构设计在设计中，使用低损耗微波陶瓷基板作为天线的介质基板，其相对介电常数为50，基板的形状为矩形寸是40 mm×41.6 mm，厚度为1 mm的正面贴覆有天线的梯形多缝-六边形阵列复合辐射贴片，其结构如图4所示。
微波陶瓷基板的背面贴覆有天线的光子晶体-六边形阵列复合接地板图2 六边形光子晶体示意图图3 六边形阵列结构的排列方式示意图图4 梯形多缝-六边形阵列复合辐射贴片结构示意图的长度为金属直角三角形各边的长度的一半。
梯形多缝-六边形阵列复合天线很好地将梯形多缝天线和六边形阵列结构的优点结合起来，梯形多缝天线通过多条不同长度的缝隙的辐射叠加，保证天线有较高的辐射强度和较大的工作带宽。
六边形阵列结构的完美对称，使射频电流在天线内部均匀分布，增大了天线的工作带宽并保证天线在各个工作频段的辐射性能均匀稳定。
光子晶体-六边形阵列复合接地板利用产生的光子带隙进一步拓展了天线的工作频段，使天线具有优异的超宽频段工作性能。
5 梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线4.400 GHz～4.500 GHz、4.800 GHz～4.990 GHz、5.725 GHz～5.875 GHz、3.100 GHz～10.600 GHz、11.700 GHz～12.200 GHz等第二代至第五代移动通信所有制式所有工作频段、射频识别系统工作频段、超宽带系统工作频段、移动数字电视系统工作频段。
超宽带天线的研究报告
超宽带天线的研究报告一、引言在当今无线通信领域，超宽带技术因其具有高速率、低功耗、高精度定位等优势而备受关注。
而超宽带天线作为超宽带系统的关键组成部分，其性能的优劣直接影响着整个系统的通信质量和效率。
因此，对超宽带天线的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、超宽带天线的基本原理超宽带天线是指能够在很宽的频带上工作的天线，其相对带宽通常大于 20%。
超宽带天线的工作原理基于电磁波的辐射和接收，通过天线结构的设计和优化，实现对宽频带内电磁波的有效辐射和接收。
超宽带天线的主要性能指标包括带宽、增益、方向性、阻抗匹配等。
带宽是衡量超宽带天线性能的关键指标，它决定了天线能够工作的频率范围。
增益表示天线在特定方向上辐射或接收电磁波的能力，方向性则描述了天线辐射或接收电磁波的方向性特征，阻抗匹配则影响着天线与传输线之间的能量传输效率。
三、超宽带天线的类型（一）单极子天线单极子天线是一种常见的超宽带天线类型，其结构简单，通常由一个垂直的金属导体构成。
单极子天线具有较宽的带宽和良好的辐射特性，但方向性较差。
（二）偶极子天线偶极子天线由两个长度相等、方向相反的金属导体组成。
它在超宽带应用中具有较好的性能，但其尺寸相对较大。
（三）平面天线平面天线是一种结构紧凑、易于集成的超宽带天线类型，如平面单极子天线、平面偶极子天线等。
平面天线具有低剖面、易于制造等优点，在无线通信设备中得到了广泛应用。
（四）缝隙天线缝隙天线是在金属平面上开缝隙形成的天线，通过控制缝隙的形状和尺寸来实现超宽带特性。
缝隙天线具有低剖面、重量轻等优点，但带宽相对较窄。
四、超宽带天线的设计方法（一）数值计算方法数值计算方法是超宽带天线设计中常用的方法之一，如有限元法（FEM）、时域有限差分法（FDTD）等。
这些方法可以精确地模拟天线的电磁场分布和性能，但计算量较大，耗时较长。
（二）经验公式法经验公式法是基于大量实验数据和理论分析得出的一些经验公式，通过这些公式可以快速估算天线的性能参数，为天线设计提供初步的参考。
阿尔福德天线原理
阿尔福德天线原理阿尔福德天线（Alford Antenna）是由英国电气工程师彼得·阿尔福德（Peter Alford）于20世纪60年代提出的一种宽频带微带天线。
它的原理基于共振器的分布式技术，可以实现宽频带和高增益的特性。
1. 引言阿尔福德天线作为一种宽频带微带天线，具有广泛的应用领域，如通信、雷达、无线电测量等。
它在通信领域的应用尤为广泛，能够满足不同频段的通信需求。
2. 阿尔福德天线的结构阿尔福德天线由导体贴片和馈电线构成。
导体贴片通常采用金属板制成，形状可以是矩形、圆形等。
馈电线连接导体贴片与射频源或接收器。
3. 阿尔福德天线的工作原理阿尔福德天线的工作原理基于共振器的分布式技术。
当射频信号通过导体贴片时，导体贴片会产生电流和磁场。
这个电流和磁场的分布会导致天线产生辐射，从而实现信号的发射或接收。
4. 阿尔福德天线的特性4.1 宽频带特性：阿尔福德天线能够实现宽频带的特性，即在一定频段内具有较高的增益和较低的驻波比。
4.2 高增益特性：由于阿尔福德天线的结构设计合理，能够实现较高的增益，提高信号的传输距离和接收灵敏度。
4.3 多方向辐射特性：阿尔福德天线可以实现多方向的辐射，适应不同场景的需求。
5. 阿尔福德天线的应用5.1 通信领域：阿尔福德天线广泛应用于无线通信系统，如移动通信、卫星通信等。
它能够满足不同频段的通信需求，并且具备宽频带和高增益的特性。
5.2 雷达系统：阿尔福德天线在雷达系统中也有重要的应用。
雷达系统需要具备宽频带和高增益的特性，以实现远距离的目标探测和跟踪。
5.3 无线电测量：阿尔福德天线在无线电测量中具有重要的作用。
它能够实现高精度的信号测量和分析，为科学研究和工程实践提供支持。
6. 阿尔福德天线的优势和劣势6.1 优势：阿尔福德天线具备宽频带、高增益和多方向辐射等特性，适用于不同的应用场景。
此外，它的结构相对简单，制作成本低。
6.2 劣势：阿尔福德天线的体积较大，对于一些有限空间的场景可能不太适用。
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应用于WLAN的宽频带天线设计
摘要：为了设计出可以覆盖无线局域网WLAN的2.4GHz，5.2GHz，5.8GHz三个频带的天线，
采用一种结构简单的宽带双频共面波导馈电的单极子天线。该天线由一个平面倒L形和一个
倒U形贴片连接构成，实际加工制作了一个天线并且实测了S11参数，结果表明该天线具有
两个独立的谐振模式，并且在应用范围内具有良好的阻抗匹配特性。
引言
无线局域网WLAN(Wireless Local Area Network)是利用无线技术实现快速接入以太网，
是无线通信技术与计算机网络相结合的产物，是对有线局域网的一种补充和扩展。和有线网
络相比，WLAN具有可移动性、灵活性、更迅速、费用低、网络可靠性高等优势。近年来，随
着IEEE 802.11a(5.15～5.35GHz，5.725～5.825GHz)和IEEE 802.11b/g(2.4～2.483 5GHz)
标准的提出，WLAN得到了迅猛发展.与此同时对WLAN天线的要求也越来越高，要求其体积小、
重量轻、生产加工便捷、天线成本低廉，同时在功能上要求使用频宽较宽以及有双频性能以
同时达到IEEE 802.11a/b/g标准要求。所以，近年来对小型化的多频段WLAN天线的研究大
量涌现。
在平面单极子天线中，有一种倒L形平面单极子天线，国际上已经对此进行了研究，在理
论模拟仿真上，可以同时满足IEEE802.11a/b/g标准要求，其设计形式更简单，在满足带宽
的要求上，体积还可进一步的缩小。所以，本文将在原来的微带馈电的倒L平面单极子天线
的基础上，改变其馈电的形式，研制出一种共面波导馈电的倒L-U平面单极子天线。仿真和
实测表明该天线在WLAN的三个频带范围内均具有很好的阻抗匹配和辐射特性。
1 倒L-U平面单极子天线的设计
1.1 天线分析与设计
WLAN天线形式有很多种，比如微带天线，八木天线、平面单极子天线等等。选择平面单
极子天线的原因是，相对于微带天线，其带宽大；相对于八木天线，其体积小且容易共形。
平面单极子天线与微带天线的结构不同在于：在金属辐射贴片对应的介质衬底另一侧的金属
地板被去除，也就是采用了部分地板结构。微带天线的带宽低，因为其Q值大，即在辐射板
与地板之间储存了大量的能量。平面单极子天线的辐射板的对应地板去除了，加大了辐射电
阻，辐射出去的能量也大大的增加，Q值变小，带宽增大。选择共面波导馈电的形式，将地
板与辐射板共面，使得带宽又增大了，而且结构更紧凑。但是由于天线与共面波导之间缺少
有效的隔离，造成天线性能受共面波导尺寸的影响较严重。
本文所设计的平面波导馈电(CPW-feed)的单极子倒L-L形天线如图1所示，由于Length1
的长边过于长，使整个板子的面积较大，本文通过曲流技术中的折叠技术，将Length1的长
边又进行了横向折叠，如图2所示，即共面波导馈电(CPW-feed)的平面单极子倒L-U形天线。
折叠后的尺寸较之原先有了较大的缩减。
1.2 天线仿真结果分析
应用Ansoft HFSS仿真软件，对图2所示的天线进行仿真。根据文献的设计经验，馈线宽
度选择为3mm，介质板采用了最为常用的FR-4，其相对介电常数为4.4，厚度为1.6mm。另外
应用软件ApPCAD2.0，计算出共面波导馈电结构的特性阻抗为50Ω时，馈线与地板之间的缝
隙宽度约为0.6mm。
天线电流传输方向的长度可以通过公式估算，本文所设计的天线需满足覆盖两个频段的要
求，其中一个频段覆盖2.4GHz，另一个频段覆盖5.2GHz和5.8GHz。因此本文选择两个中心谐
振点频率分别为2.45GHz和5.25GHz。根据计算可知对应于2.45GHz的Length1= 29.15mm，对
应于5.25GHz的Length2=13.61mm。由图2可知，Length1=W2+L2+L5/2应约等于29.15mm，
Length2=L4+L5/2需略大于13.61mm。为了使整体结构紧凑、小型化、宽带化，本文将对天线
结构中的个别参数对天线性能的影响做仿真分析并加以比较。
本文通过分析地板宽度W7、辐射贴片处的横条宽度W3、辐射贴片与地板之间的缝隙W4、
U形片的W2长度以及L形片的L4长度等几个参数的变化对天线S11频率特性的影响，经过一
系列的优化对比，得出以下数据，如表1所示。优化后仿真所得的天线的仿真性能参数S11，
VSWR以及远区场的方向图如图3～图7所示。
由上述可知，该共面波导馈电的平面单极子倒L-U天线具有高阻抗带宽、小型化的显著特
点，其在-10dB处的阻抗带宽有两段，分别为2.36～2.58GHz和3.62～5.96GHz，前一段的相
对带宽为8.9%，后一段的相对带宽为48.9%，覆盖了WLAN的工作频带。
2 天线的制作与测试结果
天线实物如图8所示。
参数S11仿真与实测结果对比图，如图9所示，可以看出，实测结果与仿真结果对比在高
频段有较大的偏差，低频段较为吻合。
3 误差分析
由实验测试结果可以看出，实际制作的WLAN宽频带天线的回波损耗与HFSS仿真软件的
模拟结果存在一定误差。以下从五个方面分析造成误差的原因。
(1)对于介电常数而言，高介电常数基板的关键参数是εr，因此准确的测定εr，是非常
必要的；制作时所选用的基板的介电常数较低，影响其谐振频率的关键性参量是天线辐射贴
片Length1和Length2的长度误差△L。而用共面波导馈电的方式(CPW-feed)，地板大小的误
差也是影响谐振点和带宽的关键参量。在使用HFSS仿真时发现，天线贴片几何尺寸的微小
变化引起了仿真结果比较大的变化。所以，制作天线过程中贴片的微小误差，对结果会产生
较为严重的影响。
(2)SMA接头处焊接不良、接口处有能量损耗等因素也是带来误差的原因。在测过多个焊
接好SMA接头的天线时发现，测得的结果总会有一定的不同。
(3)阻抗不匹配。由于共面波导馈电端口的特性阻抗受介电常数和贴片厚度影响，仿真时，
贴片厚度是0.1mm，计算得到的特性阻抗为50.2Ω，而实际贴片厚为0.035mm，计算得到的特
性阻抗为56.1Ω，与SMA接口50Ω不完全匹配。
(4)从软件的角度来分析，基于数值分析方法的HFSS软件本身只能提供数值解，且受设
定的运算精度的限制，仿真结果与实际情况间必然存在误差，这种误差是不可避免的。
(5)实验室测量方法、仪器、环境也是带来误差的原因。在测天线时发现，当天线放在不
同的位置，测得的数据不一样；当用两个不同的分析仪测量时，结果也不一样；在微波暗室
中，墙壁吸波不完全，同时也不能完全隔绝外界杂波。
4 结语
本文根据常见的倒L平面单极子天线进行改进，设计了一款共面波导馈电(CPW-feed)的
平面单极子倒L-U形天线。并通过仿真设计其总体尺寸为22mm×35mm，达到小型化的目的。
根据仿真，天线-10dB阻抗带宽为2.36～2.58GHz，相对带宽为8.9%和3.62～5.96GHz，相对
带宽为48.9%，满足了WLAN的频段要求。