偶极子天线的设计与分析(附件)【字数：12358】
对于当今社会各种通讯技术研究的需求和更新，必须不断发展机械工艺及电子器件集成的技术，因为电子设备正朝着小型化、高集成、易便携等方向去改进发展，同时对电子设备的性能测试要求天线也需要具备体积小、工作频带宽、多频段工作等特点。因此，近年来Radio frequency identification(RFID)技术飞速发展，并逐渐成为自动物体识别应用中的最主要的技术之一。现如今有很多RFID天线类型，比如偶极子天线、分形天线、环形槽天线和微带贴片天线等，而偶极子天线也逐渐成为当前通信领域内研究的热门天线之一。基于传统的偶极振子天线的原理与结构特点以及针对于当前无线通信节点微型化的需求和天线本身存在增益不足、有效带宽较窄、回波损耗偏高、频带工作范围小等缺陷的现状，本文中利用Ansoft HFSS软件设计了一款满足中心频率约为2.45GHz，S11≤-10dB，电压驻波比（VSWR）≤2.0的不平衡倒F型天线，它是半波偶极子天线的一种变形。通过HFSS对影响参数不断的优化扫描，最后设计出的天线基本上满足了天线的性能要求。关键词不平衡倒F型天线；S11参数；电压驻波比；增益；方向图
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景、目的及意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3 RFID技术简介 3
1.3.1 RFID简介 3
1.3.2 RFID的发展历程 4
1.3.3 RFID基本工作原理 4
第二章 偶极子天线的基本理论和分析方法 5
2.1超宽带天线技术简介 5
2.1偶极子天线的概念 6
2.3 偶极子天线的馈电方法 6
2.4 偶极子天线的分析方法 6
2.5 影响偶极子天线的几个基本变量 7
2.5.1 频带带宽BW 7
2.5.2 输入阻抗 7
2.5.3 驻波比 7
2.5.4 方向图 8
2.5.5 方向系数 9
2.5.6 场强 9
第三章 基于HFSS版本的功能及应用 10
3.1 HFSS简介 10
3.2 HFSS v15和v10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
版本功能介绍 10
3.3 HFSS的具体应用方面 11
第四章 基于HFSS软件的天线进行简单建模仿真 13
4.1 模型创建步骤 13
4.2设置运行环境及参量设置 13
4.3创建偶极子天线模型 14
4.4设置端口激励模式及边界条件 15
4.5求解设置 18
4.6检查及仿真运算 19
4.7运用HFSS对天线分析及曲线设置和调用 19
第五章 基于HFSS对天线的初步及整体仿真和优化 25
5.1 天线的建立及整体结构 25
5.2 各种参量的优化对天线性能的影响 26
5.2.1 L3 26
5.2.2 W1 30
5.2.3 W2 31
5.2.5 L1 32
5.2.6 L2 34
5.2.7 H1 37
5.2.8 H2 40
5.2.9最终结构 42
5.3 小结 44
总结 45
致谢 46
参考文献 47
第一章 绪论
1.1课题研究背景、目的及意义?
生活在当今无线通讯技术较成熟的人们，处处都会离不开通信设备，通信设备的发展程度无疑会带给人们怎样的便利。那么我们都知道，这些通信设备都离不开一种专业上的名词叫做天线，天线是作为无线电通讯装置的主要成分之一。天线主要的作用主要分为发射和接收电波信号的作用，那么影响发射和接收电波信号的信号强度就离不开天线的性能了。通常意义上来说，天线可以被理解为是一种特殊的变换器，因为它可以将传播在传输线上的电波和传播在受很小限制的自由空间里的电磁波进行相互的转化。天线在发射信号时会产生能量辐射，非信号时也会产生能量辐射。通常情况下来说，天线都会具有可逆性，意思就是说同一副天线在运用到通信装置里面时先后会起到发射和接收信号的作用，这种方式带来的信号会轮流交替的工作下去，所以关于同一对天线的发射或接受，其基本特征参数是相同的，这就是所谓的天线“倒”原理[1]。一个经过厂家进行合理设计优化的天线，既满足了天线系统的要求，又可以给天线系统带来的损耗值降到最低，另外，从结构上来说节约天线的尺寸，节省厂家成本，从而开拓市场前景。天线作为无线电通信设备中的一个重要组成部分，已成为通信领域中的一个热门话题，因此天线在无线电通信中起着至关重要的作用。
为了满足日益增长的无线通信设备的需求，天线设计需要提高天线增益、展宽频带、减小尺寸大小、频率范围、智能描绘模式参数，从而达到所需的性能水平。随着无线通信设备集成度的提高，就需要对影响整体天线性能的参量进行优化，例如说现在通信设备（手机，电话，电脑，IPAD等等）的制作体积越来越小，为了将天线内置在设备里，这就需要天线减小自身尺寸。但在同一时间，天线的尺寸不会影响其它增益和效率，这是一个难以解决的问题。一个满足高宽带并可以在多个频段工作的天线，如果在一个较宽的工作频率范围内不仅会支持两个或者多个无线服务，还可以提高无线通信设备的集成度。例如，比较常见的印刷倒F天线就是偶极子天线，它具有体积小、制作成本低、输入电阻可调的优点。因此，被认为是当前无线通信节点内置天线的主流，这样看来，偶极子天线具有它强大性能的一面。它所设置的天线在谐振频点处的回波损耗低至40dB以下，有效带宽达到300MHz以上，同时，增益也达到了2.9个dB，并且在CC2530无线通信节点的测试中显现了其优异的性能[2]，所以说具有良好的应用背景。
偶极天线是用来发射和接受固定信号频率的，虽然在平常的衡量标准中都利用宽带天线，但在场地逐渐缩小和测量天线参量的情况下，都会利用到偶极天线。偶极子天线又常被叫做半波阵子，实际上偶极子天线就是由两根波长均为1/4长度的导体组成，如果将两根1/4波长的导体延长之后又折回到中心，这将形成一个折叠的偶极天线在同一时间，也称为折叠振子。其方向以馈电为中心对称性的形式，输入阻抗为纯电阻的高电阻，如果形成于并联馈电的高阻抗的传输天线，往往在许多场合使用。偶极子天线结构简单，易于加工，通过调节天线的尺寸参数，能够直观的反映出在中心频率约为2.45GHz时，回波损耗小于10dB。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景、目的及意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3 RFID技术简介 3
1.3.1 RFID简介 3
1.3.2 RFID的发展历程 4
1.3.3 RFID基本工作原理 4
第二章 偶极子天线的基本理论和分析方法 5
2.1超宽带天线技术简介 5
2.1偶极子天线的概念 6
2.3 偶极子天线的馈电方法 6
2.4 偶极子天线的分析方法 6
2.5 影响偶极子天线的几个基本变量 7
2.5.1 频带带宽BW 7
2.5.2 输入阻抗 7
2.5.3 驻波比 7
2.5.4 方向图 8
2.5.5 方向系数 9
2.5.6 场强 9
第三章 基于HFSS版本的功能及应用 10
3.1 HFSS简介 10
3.2 HFSS v15和v10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
版本功能介绍 10
3.3 HFSS的具体应用方面 11
第四章 基于HFSS软件的天线进行简单建模仿真 13
4.1 模型创建步骤 13
4.2设置运行环境及参量设置 13
4.3创建偶极子天线模型 14
4.4设置端口激励模式及边界条件 15
4.5求解设置 18
4.6检查及仿真运算 19
4.7运用HFSS对天线分析及曲线设置和调用 19
第五章 基于HFSS对天线的初步及整体仿真和优化 25
5.1 天线的建立及整体结构 25
5.2 各种参量的优化对天线性能的影响 26
5.2.1 L3 26
5.2.2 W1 30
5.2.3 W2 31
5.2.5 L1 32
5.2.6 L2 34
5.2.7 H1 37
5.2.8 H2 40
5.2.9最终结构 42
5.3 小结 44
总结 45
致谢 46
参考文献 47
第一章 绪论
1.1课题研究背景、目的及意义?
生活在当今无线通讯技术较成熟的人们，处处都会离不开通信设备，通信设备的发展程度无疑会带给人们怎样的便利。那么我们都知道，这些通信设备都离不开一种专业上的名词叫做天线，天线是作为无线电通讯装置的主要成分之一。天线主要的作用主要分为发射和接收电波信号的作用，那么影响发射和接收电波信号的信号强度就离不开天线的性能了。通常意义上来说，天线可以被理解为是一种特殊的变换器，因为它可以将传播在传输线上的电波和传播在受很小限制的自由空间里的电磁波进行相互的转化。天线在发射信号时会产生能量辐射，非信号时也会产生能量辐射。通常情况下来说，天线都会具有可逆性，意思就是说同一副天线在运用到通信装置里面时先后会起到发射和接收信号的作用，这种方式带来的信号会轮流交替的工作下去，所以关于同一对天线的发射或接受，其基本特征参数是相同的，这就是所谓的天线“倒”原理[1]。一个经过厂家进行合理设计优化的天线，既满足了天线系统的要求，又可以给天线系统带来的损耗值降到最低，另外，从结构上来说节约天线的尺寸，节省厂家成本，从而开拓市场前景。天线作为无线电通信设备中的一个重要组成部分，已成为通信领域中的一个热门话题，因此天线在无线电通信中起着至关重要的作用。
为了满足日益增长的无线通信设备的需求，天线设计需要提高天线增益、展宽频带、减小尺寸大小、频率范围、智能描绘模式参数，从而达到所需的性能水平。随着无线通信设备集成度的提高，就需要对影响整体天线性能的参量进行优化，例如说现在通信设备（手机，电话，电脑，IPAD等等）的制作体积越来越小，为了将天线内置在设备里，这就需要天线减小自身尺寸。但在同一时间，天线的尺寸不会影响其它增益和效率，这是一个难以解决的问题。一个满足高宽带并可以在多个频段工作的天线，如果在一个较宽的工作频率范围内不仅会支持两个或者多个无线服务，还可以提高无线通信设备的集成度。例如，比较常见的印刷倒F天线就是偶极子天线，它具有体积小、制作成本低、输入电阻可调的优点。因此，被认为是当前无线通信节点内置天线的主流，这样看来，偶极子天线具有它强大性能的一面。它所设置的天线在谐振频点处的回波损耗低至40dB以下，有效带宽达到300MHz以上，同时，增益也达到了2.9个dB，并且在CC2530无线通信节点的测试中显现了其优异的性能[2]，所以说具有良好的应用背景。
偶极天线是用来发射和接受固定信号频率的，虽然在平常的衡量标准中都利用宽带天线，但在场地逐渐缩小和测量天线参量的情况下，都会利用到偶极天线。偶极子天线又常被叫做半波阵子，实际上偶极子天线就是由两根波长均为1/4长度的导体组成，如果将两根1/4波长的导体延长之后又折回到中心，这将形成一个折叠的偶极天线在同一时间，也称为折叠振子。其方向以馈电为中心对称性的形式，输入阻抗为纯电阻的高电阻，如果形成于并联馈电的高阻抗的传输天线，往往在许多场合使用。偶极子天线结构简单，易于加工，通过调节天线的尺寸参数，能够直观的反映出在中心频率约为2.45GHz时，回波损耗小于10dB。
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