三角形双频微带贴片天线的设计与优化
随着现代无线通信技术的快速发展，通信设备的体积越来越小，也越来越薄。如电脑、手机等。由于应用领域的不同，人们对天线的标准也有更高的要求。微带贴片天线因为其尺寸小、重量轻、成本低、剖面低、易集成等优点引起了人们的广泛研究。根据天线理论，辐射贴片的形状可以是任意的，但是只有有限个规则的形状才能计算出辐射特性。本文研究的贴片的形状是等边三角形的。另外，通过加载短路针的办法不仅可以将天线做的更小，而且还可以得到较低的频率和较好的阻抗匹配特性。 F000242
本文首先介绍了微带线的工作原理，然后在前辈们研究的基础上，再应用HFSS设计出了一款谐振频率为464M和2276M的三角形双频微带贴片天线。通过HFSS建模仿真，根据仿真结果不断地调节短路针和馈电的位置，使得谐振频率不在偏移464M和2276M，而且通过优化得到了较低的回波损耗使其达到要求。最后在此基础上，通过在三角形边缘开槽的方法增加了一个谐振频率，得到了三角形三频微带贴片天线。
关键词：HFSS 微带贴片天线 三角形 短路针 开槽
With the development of modern wireless mobile communication technology , Communication equipments keep the miniaturization , Such as mobile phone, Bluetooth etc. people have become increasingly demanding on the antenna. Microstrip patch antenna because of its small size, light weight, low profile, easy integration and low cost advantages have been widely researched. The patch shape can be arbitrary theoretically, But to calculate the radiation characteristics of the shape is really limited. This paper chooses to study the triangular patch microstrip antenna. In addition, By the way of shorting pins can further reduce the size of the antenna and also can obtain low frequency and good impedance characteristics.
This paper firstly introduces the principle of the microstrip antenna radiation ,Then according to the experience of predecessors , Combining with high-frequency structure simulator HFSS and designs two resonant frequency of triangular microstrip patch antenna for dual band 464M and 2276M .Through HFSS simulation , According to the simulation results and constantly adjust the position of short needle and the feed . The resonant frequencies are not offset 464M and 2276M. By the way of optimization can low return loss so as to meet the requirement .Finally, By the way of notching the edge of the triangle can add a resonant frequency, the triangle Triple Band Microstrip Patch antenna will be finished.
Key word: Microstrip patch antenna Triangle The high-frequency structure simulator Shorting pin
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第一章 绪论 1
1.1三角形双频微带贴片天线的研究背景 1
1.1.1三角形双频微带贴片天线的研究目的和意义 1
1.1.2三角形双频微带贴片天线的研究现状 1
1.2毕业论文的安排 1
第二章 微带线的基本理论 2
2.1 微带线的简介 2
2.2 微带线的基本类型 2
2.3 微带线的优缺点 2
2.4 微带线的结构 3
2.5 微带线的馈电 4
2.5.1微带传输线馈电 4
2.5.2同轴线馈电 4
2.5.3耦合馈电 4
2.6 微带线的分析方法 4
2.6.1传输线模型 5
2.6.2腔体模型 5
2.6.3全波分析模型 5
2.7 微带天线的应用 5
第三章 三角形双频微带贴片天线的设计及优化 7
3.1新建HFSS工程 7
3.2创建微带线模型 7
3.2.1设置默认长度单位 7
3.2.2建模相关选项设置 7
3.2.3添加和定义设计变量 8
3.2.4创建介质基片 9
3.2.5创建辐射贴片 10
3.2.6创建参考地 11
3.2.7创建同轴馈线的内芯 12
3.2.8创建信号传输端口面 14
3.3设置边界条件和激励 15
3.3.1设置边界条件 15
3.3.2设置端口激励 18
3.4求解设置 19
3.4.1求解频率和网格剖分设置 19
3.4.2扫频设置 19
3.5设计检查和运行仿真分析 20
3.5.1设计检查 20
3.5.2运行仿真分析 21
3.6查看天线回波损耗 21
3.7参数扫描分析 22
3.8优化设计 27
3.8.1设置优化变量 27
3.8.2添加优化设计 28
3.8.3运行优化设计并查看优化结果 29
3.9查看天线的性能 31
3.9.1查看三维增益图 31
3.9.2查看导体贴片上的电流方向图 33
第四章 简要分析三角形三频微带贴片天线的设计 35
4.1三角形三频微带贴片天线的设计 35
4.2 查看天线的性能 37
4.2.1天线的三维增益方向图 37
4.2.2贴片的电流方向图 37
第五章 全文总结 38
参考文献 39
致谢 40
第一章 绪论 查看完整请+Q:351916072获取
1.1三角形双频微带贴片天线的研究背景
1.1.1三角形双频微带贴片天线的研究目的和意义
在现代无线移动通信系统中，微带贴片天线以体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形，制造简单，成本低，以及可与微波集成电路整合在一起等不可代替的优点引起了相关领域的广泛重视。贴片天线已经被广泛应用在大量的无线电设备中,得到了快速发展。随着移动通讯用户的增长和实现系统的收发共用，要求天线既要在宽频带内又要在不同频率下工作。因此，多频和宽频技术已经引起广泛的研究。三角形双频微带贴片天线就是基于微带贴片天线的优点，克服它的缺点，实现多频功能又拓宽了它的频带,使其应用更加广泛。
1.1.2三角形双频微带贴片天线的研究现状
现代无线通信技术的飞速发展，双频微带贴片天线因为其独特的优势受到人们的广泛关注。微带天线种类多，而且馈电方法和结构也很灵活。获得双频最简单的就是矩形贴片的长和宽形成两个谐振频率。也可以通过加载电抗获得双频或多频。这些年成功设计了许多双频或多频基站天线。与此同时，双频天线的研究也注重结构的简洁紧凑。在设计时更加简单、灵活。现在的研究方向是大的频率比和宽的带宽。
1.2毕业论文的安排
本论文的结构这样安排：
第一章：简要介绍三角形贴片天线的研究背景。
第二章：简介了微带天线的一些理论知识。
第三章：根据资料，用HFSS仿真软件建三角形双频微带贴片天线的模型并进行仿真及优化。
第四章：简要探讨在双频研究的基础上在三角形辐射贴片边缘处开一个T形槽实现三频谐振。
第五章：总结全文。
第二章 微带天线的基本理论
2.1 微带天线的简介
微带天线（Microstrip Antennas）由一块介质基片、一块辐射片、一面金属薄层制成的。介质基片的厚度远小于工作波长，两边分别贴辐射片和金属薄层，金属薄层接地。这个概念首先是由Deschamps提出来的。随着第一批实用微带天线研制成功，就引起了广泛的研究和应用。贴片的形状可以根据实际情况设计，但是只有特定的几种形状能够计算出特性。常见的有五边形、正方形、矩形、椭圆形、圆形、半圆形、圆环形、三角形等。微带天线由于其独特的优点，在各个领域被广泛应用。
2.2微带天线的基本类型
1.微带贴片天线简称MPA（Microstrip Patch Antenna），是由介质基片、贴片和金属片所构成。贴片和金属片分别贴在介质片两边，金属片接地。它是最简单的微带天线。
2.微带行波天线简称MTA(Microstrip Traveling –wave Antenna)，是由基片、TEM波传输线和金属片组成。其中，金属片接地。TEM波传输线的末端接匹配负载。
3.微带缝隙天线简称MSA，是由微带线和开缝的金属片组成，金属片接地。缝隙可以是多种形状。
2.3微带天线的优缺点
微带天线的优点
1.重量轻、尺寸小、轮廓低、可以与飞行器共形
2.成本低、可以大批量生产
3.可以通过单馈实现线极化和圆极化
4.可以设计成多频和双极化
5.不需要在后面加腔体
6.天线的馈电结构和匹配网络可以和天线同时制作
7.方便和微波集成电路结合
8.可以做的很薄，不影响装载的宇宙飞船的空气动力学性能
9.适合组合式设计
微带天线的缺点
1.带宽较窄
2.辐射空间比较小
3.极化纯度较低
4.功率较小
5.不能满足高性能阵列天线要求
6.增益比较低，有些情况下不能满足要求
7.馈线和连接部分会引入额外的辐射
8.组成阵列时会有较大的回波损耗
9.会激起表面波从而影响天线性能
10.在高频时增益和效率下降，交叉极化增加，阵列中出现较大的互耦
11.和微波集成电路相结合时往往会选择介电常数很大的介质，但这样会降低天线的效率，使带宽变窄。 查看完整请+Q:351916072获取
本文首先介绍了微带线的工作原理，然后在前辈们研究的基础上，再应用HFSS设计出了一款谐振频率为464M和2276M的三角形双频微带贴片天线。通过HFSS建模仿真，根据仿真结果不断地调节短路针和馈电的位置，使得谐振频率不在偏移464M和2276M，而且通过优化得到了较低的回波损耗使其达到要求。最后在此基础上，通过在三角形边缘开槽的方法增加了一个谐振频率，得到了三角形三频微带贴片天线。
关键词：HFSS 微带贴片天线 三角形 短路针 开槽
With the development of modern wireless mobile communication technology , Communication equipments keep the miniaturization , Such as mobile phone, Bluetooth etc. people have become increasingly demanding on the antenna. Microstrip patch antenna because of its small size, light weight, low profile, easy integration and low cost advantages have been widely researched. The patch shape can be arbitrary theoretically, But to calculate the radiation characteristics of the shape is really limited. This paper chooses to study the triangular patch microstrip antenna. In addition, By the way of shorting pins can further reduce the size of the antenna and also can obtain low frequency and good impedance characteristics.
This paper firstly introduces the principle of the microstrip antenna radiation ,Then according to the experience of predecessors , Combining with high-frequency structure simulator HFSS and designs two resonant frequency of triangular microstrip patch antenna for dual band 464M and 2276M .Through HFSS simulation , According to the simulation results and constantly adjust the position of short needle and the feed . The resonant frequencies are not offset 464M and 2276M. By the way of optimization can low return loss so as to meet the requirement .Finally, By the way of notching the edge of the triangle can add a resonant frequency, the triangle Triple Band Microstrip Patch antenna will be finished.
Key word: Microstrip patch antenna Triangle The high-frequency structure simulator Shorting pin
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第一章 绪论 1
1.1三角形双频微带贴片天线的研究背景 1
1.1.1三角形双频微带贴片天线的研究目的和意义 1
1.1.2三角形双频微带贴片天线的研究现状 1
1.2毕业论文的安排 1
第二章 微带线的基本理论 2
2.1 微带线的简介 2
2.2 微带线的基本类型 2
2.3 微带线的优缺点 2
2.4 微带线的结构 3
2.5 微带线的馈电 4
2.5.1微带传输线馈电 4
2.5.2同轴线馈电 4
2.5.3耦合馈电 4
2.6 微带线的分析方法 4
2.6.1传输线模型 5
2.6.2腔体模型 5
2.6.3全波分析模型 5
2.7 微带天线的应用 5
第三章 三角形双频微带贴片天线的设计及优化 7
3.1新建HFSS工程 7
3.2创建微带线模型 7
3.2.1设置默认长度单位 7
3.2.2建模相关选项设置 7
3.2.3添加和定义设计变量 8
3.2.4创建介质基片 9
3.2.5创建辐射贴片 10
3.2.6创建参考地 11
3.2.7创建同轴馈线的内芯 12
3.2.8创建信号传输端口面 14
3.3设置边界条件和激励 15
3.3.1设置边界条件 15
3.3.2设置端口激励 18
3.4求解设置 19
3.4.1求解频率和网格剖分设置 19
3.4.2扫频设置 19
3.5设计检查和运行仿真分析 20
3.5.1设计检查 20
3.5.2运行仿真分析 21
3.6查看天线回波损耗 21
3.7参数扫描分析 22
3.8优化设计 27
3.8.1设置优化变量 27
3.8.2添加优化设计 28
3.8.3运行优化设计并查看优化结果 29
3.9查看天线的性能 31
3.9.1查看三维增益图 31
3.9.2查看导体贴片上的电流方向图 33
第四章 简要分析三角形三频微带贴片天线的设计 35
4.1三角形三频微带贴片天线的设计 35
4.2 查看天线的性能 37
4.2.1天线的三维增益方向图 37
4.2.2贴片的电流方向图 37
第五章 全文总结 38
参考文献 39
致谢 40
第一章 绪论 查看完整请+Q:351916072获取
1.1三角形双频微带贴片天线的研究背景
1.1.1三角形双频微带贴片天线的研究目的和意义
在现代无线移动通信系统中，微带贴片天线以体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形，制造简单，成本低，以及可与微波集成电路整合在一起等不可代替的优点引起了相关领域的广泛重视。贴片天线已经被广泛应用在大量的无线电设备中,得到了快速发展。随着移动通讯用户的增长和实现系统的收发共用，要求天线既要在宽频带内又要在不同频率下工作。因此，多频和宽频技术已经引起广泛的研究。三角形双频微带贴片天线就是基于微带贴片天线的优点，克服它的缺点，实现多频功能又拓宽了它的频带,使其应用更加广泛。
1.1.2三角形双频微带贴片天线的研究现状
现代无线通信技术的飞速发展，双频微带贴片天线因为其独特的优势受到人们的广泛关注。微带天线种类多，而且馈电方法和结构也很灵活。获得双频最简单的就是矩形贴片的长和宽形成两个谐振频率。也可以通过加载电抗获得双频或多频。这些年成功设计了许多双频或多频基站天线。与此同时，双频天线的研究也注重结构的简洁紧凑。在设计时更加简单、灵活。现在的研究方向是大的频率比和宽的带宽。
1.2毕业论文的安排
本论文的结构这样安排：
第一章：简要介绍三角形贴片天线的研究背景。
第二章：简介了微带天线的一些理论知识。
第三章：根据资料，用HFSS仿真软件建三角形双频微带贴片天线的模型并进行仿真及优化。
第四章：简要探讨在双频研究的基础上在三角形辐射贴片边缘处开一个T形槽实现三频谐振。
第五章：总结全文。
第二章 微带天线的基本理论
2.1 微带天线的简介
微带天线（Microstrip Antennas）由一块介质基片、一块辐射片、一面金属薄层制成的。介质基片的厚度远小于工作波长，两边分别贴辐射片和金属薄层，金属薄层接地。这个概念首先是由Deschamps提出来的。随着第一批实用微带天线研制成功，就引起了广泛的研究和应用。贴片的形状可以根据实际情况设计，但是只有特定的几种形状能够计算出特性。常见的有五边形、正方形、矩形、椭圆形、圆形、半圆形、圆环形、三角形等。微带天线由于其独特的优点，在各个领域被广泛应用。
2.2微带天线的基本类型
1.微带贴片天线简称MPA（Microstrip Patch Antenna），是由介质基片、贴片和金属片所构成。贴片和金属片分别贴在介质片两边，金属片接地。它是最简单的微带天线。
2.微带行波天线简称MTA(Microstrip Traveling –wave Antenna)，是由基片、TEM波传输线和金属片组成。其中，金属片接地。TEM波传输线的末端接匹配负载。
3.微带缝隙天线简称MSA，是由微带线和开缝的金属片组成，金属片接地。缝隙可以是多种形状。
2.3微带天线的优缺点
微带天线的优点
1.重量轻、尺寸小、轮廓低、可以与飞行器共形
2.成本低、可以大批量生产
3.可以通过单馈实现线极化和圆极化
4.可以设计成多频和双极化
5.不需要在后面加腔体
6.天线的馈电结构和匹配网络可以和天线同时制作
7.方便和微波集成电路结合
8.可以做的很薄，不影响装载的宇宙飞船的空气动力学性能
9.适合组合式设计
微带天线的缺点
1.带宽较窄
2.辐射空间比较小
3.极化纯度较低
4.功率较小
5.不能满足高性能阵列天线要求
6.增益比较低，有些情况下不能满足要求
7.馈线和连接部分会引入额外的辐射
8.组成阵列时会有较大的回波损耗
9.会激起表面波从而影响天线性能
10.在高频时增益和效率下降，交叉极化增加，阵列中出现较大的互耦
11.和微波集成电路相结合时往往会选择介电常数很大的介质，但这样会降低天线的效率，使带宽变窄。 查看完整请+Q:351916072获取
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