tdlte室分系统定向天线设计
通信技术的不断发展，让天线在现代通信系统中发挥着不可估量的作用，同时，使它在无线通信领域中的应用也越来越广泛。本文设计的这款定向天线具有小型化，高增益的特点。该款天线采取异面的结构形式的微带偶极子，摒弃了功分移相电路，缩短了双臂长度，使其小型化；通过加载微带引向器，提高其定向性和增益。天线的工作频率为2.45GHz。同时，在天线中添加巴伦结构，能够实现，顶层和底层传输线电流平衡，从而避免产生交叉极化现象。本文中的回波损耗与增益仿真数据基本达到设计的要求，在中心频率为2.45GHz时主辐射方向最大增益达到了8dBi。因此在4G移动通信中具有广泛的应用前景。关键字 定向天线，巴伦，引向器
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 八木天线及其相关理论的发展概况 1
1.3 研究意义 2
1.4 论文的主要内容及章节安排 3
2 天线的基本理论 3
2.1 天线的工作原理 3
2.2 天线的作用 4
2.3 天线的参数 4
2.3.1 天线的方向图 4
2.3.2 波束带宽 4
2.3.3 回波损耗 5
2.3.4 驻波比 5
2.3.5 方向性系数 5
2.3.6 工作带宽 5
2.3.7 天线效率 6
2.3.8 增益 6
2.3.9 天线的极化 6
3 八木天线的基本理论 7
3.1 八木天线组成结构 7
3.2 八木天线的基本原理 8
4 天线的设计 8
4.1 偶极子天线的基本理论 8
4.2 设计天线的结构 8
4.3 天线激励单元设计 9
4.4 引向器设计 10
4.5 HFSS设计流程一般如下 10
4.6 具体设计过程 11
结论 19
致谢 20
参考文献21
1 绪论< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
br /> 1.1研究背景
在现代无线通信中，一直发展的雷达技术以及电子对立系统，对天线的体积大小 、工作频带特性及辐射特性等都提出了更高的要求，集成化、小型化、多功能[1]已经慢慢地成为当今时代无线通信设备寻求的目标。天线不仅是一种前端器件，也是转换器件。它不仅可以用来接收和发射电磁波，也可以用于转换高频电流能量。和全向天线相比，定向天线是指针对一个指定方向上辐射和接收的电磁能量很强，而在除了指定方向上的其他方向发射或者接收到的电磁能量很小的甚至是0。因此，要使辐射功率的有效利用率增加、信号的抗干扰能力增强、就需要采用定向天线。它常常被用于覆盖一些比较狭窄的空间，如楼道、电梯等一些地方。
现代通信无线技术的飞速发展给人们带来了无限可能。人们发明了各种各样具有不同种类、不同作用特点的天线，希望能合乎现代无线通信技术指标。按照方向图形状，我们将天线分为两类，一类是定向天线，另一类是全向天线。而八木天线是定向天线中的一种有特色的天线，大约有一百多年的发明历史。20世纪，在日本大学任教的电机工程学教授八木秀次和他的学生一同合作钻研短波束时发明了八木天线[2]，因而得名为“八木宇田天线”。八木秀次教授在1928年接受到美国的访问，在电气工程师学会上由于发表了他的学生宇田太郞英文版的的文章而得到了许多欧美国家的无线电行业的高度关注。因八木秀次的名字在英文版论文的前面，故为了好记将其称为八木天线。八木天线，另一个名字叫引向天线，是一种特有的端射天线[3]，目前在分米波与米波的通信、雷达、电视、及其他无线通信设施中运用十分普遍。相对于其他天线而言，定向天线因其具有十分良好的方向性并能够获得更高的辐射增益的特点，因此，多数在定向通信场合中使用。一般而言，在狭长的环境下，人们会使用定向天线作为接收天线，从整体上达到改善通信品质，提高通信质量的效果。
1.2八木天线及其相关理论的发展概况
八木天线是一种在生活中经常可以看见的高增益的定向天线。它又被称为引向天线，寄生天线。八木天线具有的优点有：结构比较简单、馈电方式方便、制作起来比较容易、方向性很好[4]。因此，八木天线受到了社会广大人士的青睐。随着时代的变化，八木天线也一直在不断改进。
现代通讯系统朝小型化的不断发展，使得受到体积限制的传统八木天线不再能够满足现代通信系统的技术要求。人们对具有剖面低、质量轻、易共形等特点的微带天线却产生了很大的兴趣。在1989年，通过John Huang等人的坚持不懈努力，终于想出了一种新型的方法来改进八木天线，即微带性的八木天线。这种天线使得原来的金属振子被替换成微带贴片，只有3种类型的贴片被印制在金属接地板的介质板上，其中在介质板上引向贴片个数为两个，反射贴片以及有源贴片的个数各一个，根据仿真及测试结果我们可以看出，在一定的仰角范围内，这种天线增益会很高的，可以实现准端射辐射。紧接着，在1991年，John Huang等人通过对之前进行设计的贴片天线进行组阵，使得微带八木贴片天线的辐射增益得以提高。 1998年，一种拥有宽带特性的微带准八木天线被Qian等人提出了，实现对天线进行宽带阻抗匹配是通过微带线到共面带状线的宽带巴伦结构，并反射器使用的是截断醚地板，从而获得了6.5dBi的增益和17%的相对带宽。其后这种天线又被Qian等人做了进一步的优化，从而实现了展宽阻抗带宽，认为它很适合进行组阵，同时发现这种具有很低的互祸准八木天线。随后，许多准八木天线的设计方法以及改进方案被国内外学者们提出来，由于一般在馈电部分，从不平衡到平衡转换的巴伦结构被包括在这些准八木天线中，因此会导致天线的尺寸过大，同时也会对辐射方向性图产生极大地影响。近些年，关于准八木天线，国内外的研究学者越来越多，之后，又提出各种各样的方法来改进这类微带贴片八木天线增益和前后比。
1.3研究意义
移动通讯的迅猛发展已经在不断的影响着人们的生活，从刚开始的语音通话业务到现在的视频通话业务，我们每一分每一秒都被网络通信影响着。LTE，即长期演进，也是人们俗称的4G[5]。LTE网络具有速率快，容量大。由于LTE不具备语音功能，所以必须借助2G/3G网络实现语音通信。LTE技术的出现，使得通信行业得以飞快发展起来，同时也带动了其他行业的发展。室内分布系统是一种能够提高建筑物内部通信质量的的方法，他可以通过各种室内天线，能够让室内的每个角落都被移动通信信号均匀的覆盖到，因此可以使得室内理想区域被覆盖到信号。要想创造出更高质量水平的室内移动通讯环境，很好地改善室内的通话效果并且提高移动电话接通的数量，建设好室内分布系统是非常有用的一步。室外宏蜂窝话务的承担，全体移动通信网络的服务质量的改进，以及网络容量的扩大都是依赖微蜂窝系统的使用。据研究表明，在整个通信网络覆盖中，室内网络覆盖是一个不容忽视的环节。在室内环境下发生的业 务量达到了70%以上。只依靠室外的宏峰窝基站是很难是实现室内的网络覆盖的要求，故要想要处理好室内覆盖的问题，加强室内建设是非常有必要的。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 八木天线及其相关理论的发展概况 1
1.3 研究意义 2
1.4 论文的主要内容及章节安排 3
2 天线的基本理论 3
2.1 天线的工作原理 3
2.2 天线的作用 4
2.3 天线的参数 4
2.3.1 天线的方向图 4
2.3.2 波束带宽 4
2.3.3 回波损耗 5
2.3.4 驻波比 5
2.3.5 方向性系数 5
2.3.6 工作带宽 5
2.3.7 天线效率 6
2.3.8 增益 6
2.3.9 天线的极化 6
3 八木天线的基本理论 7
3.1 八木天线组成结构 7
3.2 八木天线的基本原理 8
4 天线的设计 8
4.1 偶极子天线的基本理论 8
4.2 设计天线的结构 8
4.3 天线激励单元设计 9
4.4 引向器设计 10
4.5 HFSS设计流程一般如下 10
4.6 具体设计过程 11
结论 19
致谢 20
参考文献21
1 绪论< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
br /> 1.1研究背景
在现代无线通信中，一直发展的雷达技术以及电子对立系统，对天线的体积大小 、工作频带特性及辐射特性等都提出了更高的要求，集成化、小型化、多功能[1]已经慢慢地成为当今时代无线通信设备寻求的目标。天线不仅是一种前端器件，也是转换器件。它不仅可以用来接收和发射电磁波，也可以用于转换高频电流能量。和全向天线相比，定向天线是指针对一个指定方向上辐射和接收的电磁能量很强，而在除了指定方向上的其他方向发射或者接收到的电磁能量很小的甚至是0。因此，要使辐射功率的有效利用率增加、信号的抗干扰能力增强、就需要采用定向天线。它常常被用于覆盖一些比较狭窄的空间，如楼道、电梯等一些地方。
现代通信无线技术的飞速发展给人们带来了无限可能。人们发明了各种各样具有不同种类、不同作用特点的天线，希望能合乎现代无线通信技术指标。按照方向图形状，我们将天线分为两类，一类是定向天线，另一类是全向天线。而八木天线是定向天线中的一种有特色的天线，大约有一百多年的发明历史。20世纪，在日本大学任教的电机工程学教授八木秀次和他的学生一同合作钻研短波束时发明了八木天线[2]，因而得名为“八木宇田天线”。八木秀次教授在1928年接受到美国的访问，在电气工程师学会上由于发表了他的学生宇田太郞英文版的的文章而得到了许多欧美国家的无线电行业的高度关注。因八木秀次的名字在英文版论文的前面，故为了好记将其称为八木天线。八木天线，另一个名字叫引向天线，是一种特有的端射天线[3]，目前在分米波与米波的通信、雷达、电视、及其他无线通信设施中运用十分普遍。相对于其他天线而言，定向天线因其具有十分良好的方向性并能够获得更高的辐射增益的特点，因此，多数在定向通信场合中使用。一般而言，在狭长的环境下，人们会使用定向天线作为接收天线，从整体上达到改善通信品质，提高通信质量的效果。
1.2八木天线及其相关理论的发展概况
八木天线是一种在生活中经常可以看见的高增益的定向天线。它又被称为引向天线，寄生天线。八木天线具有的优点有：结构比较简单、馈电方式方便、制作起来比较容易、方向性很好[4]。因此，八木天线受到了社会广大人士的青睐。随着时代的变化，八木天线也一直在不断改进。
现代通讯系统朝小型化的不断发展，使得受到体积限制的传统八木天线不再能够满足现代通信系统的技术要求。人们对具有剖面低、质量轻、易共形等特点的微带天线却产生了很大的兴趣。在1989年，通过John Huang等人的坚持不懈努力，终于想出了一种新型的方法来改进八木天线，即微带性的八木天线。这种天线使得原来的金属振子被替换成微带贴片，只有3种类型的贴片被印制在金属接地板的介质板上，其中在介质板上引向贴片个数为两个，反射贴片以及有源贴片的个数各一个，根据仿真及测试结果我们可以看出，在一定的仰角范围内，这种天线增益会很高的，可以实现准端射辐射。紧接着，在1991年，John Huang等人通过对之前进行设计的贴片天线进行组阵，使得微带八木贴片天线的辐射增益得以提高。 1998年，一种拥有宽带特性的微带准八木天线被Qian等人提出了，实现对天线进行宽带阻抗匹配是通过微带线到共面带状线的宽带巴伦结构，并反射器使用的是截断醚地板，从而获得了6.5dBi的增益和17%的相对带宽。其后这种天线又被Qian等人做了进一步的优化，从而实现了展宽阻抗带宽，认为它很适合进行组阵，同时发现这种具有很低的互祸准八木天线。随后，许多准八木天线的设计方法以及改进方案被国内外学者们提出来，由于一般在馈电部分，从不平衡到平衡转换的巴伦结构被包括在这些准八木天线中，因此会导致天线的尺寸过大，同时也会对辐射方向性图产生极大地影响。近些年，关于准八木天线，国内外的研究学者越来越多，之后，又提出各种各样的方法来改进这类微带贴片八木天线增益和前后比。
1.3研究意义
移动通讯的迅猛发展已经在不断的影响着人们的生活，从刚开始的语音通话业务到现在的视频通话业务，我们每一分每一秒都被网络通信影响着。LTE，即长期演进，也是人们俗称的4G[5]。LTE网络具有速率快，容量大。由于LTE不具备语音功能，所以必须借助2G/3G网络实现语音通信。LTE技术的出现，使得通信行业得以飞快发展起来，同时也带动了其他行业的发展。室内分布系统是一种能够提高建筑物内部通信质量的的方法，他可以通过各种室内天线，能够让室内的每个角落都被移动通信信号均匀的覆盖到，因此可以使得室内理想区域被覆盖到信号。要想创造出更高质量水平的室内移动通讯环境，很好地改善室内的通话效果并且提高移动电话接通的数量，建设好室内分布系统是非常有用的一步。室外宏蜂窝话务的承担，全体移动通信网络的服务质量的改进，以及网络容量的扩大都是依赖微蜂窝系统的使用。据研究表明，在整个通信网络覆盖中，室内网络覆盖是一个不容忽视的环节。在室内环境下发生的业 务量达到了70%以上。只依靠室外的宏峰窝基站是很难是实现室内的网络覆盖的要求，故要想要处理好室内覆盖的问题，加强室内建设是非常有必要的。
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