基于HFSS的微带天线设计科研报告.doc

. . . . 基于HFSS的微带天线设计科研报告 1.科研背景 天线作为无线收发系统的一部分，其性能对一个系统的整体性能有着重要影响。近年来内置天线在移动终端数日益庞大的同时功能也日益强大,对天线的网络看盖及小型化也有了更高的要求。由于不同的通信网络间的频段差异较大，所以怎样使天线能够涵盖多波段并且同时拥有足够小的尺寸是设计内置天线的主要问题。 微带天线具有体积小，重重轻，剖面薄，易于加工等诸多优点，得到广泛的研究与应用。在无线通信技术中，对天线的带宽有了更高的要求;而电路集成度提高，系统对天线的体积有了更高的要求。 微带天线是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基片上形成的天线，随着科技的进步、空间技术的发展和低剖面天线的需求，使微带天线进一步发展。和普通的天线相比，微带天线有这些优点:体积小，重里轻，低剖面，能与载体共形;易于实现线极化和圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作。 2.研究理论依据 天线是-个用于发送和接收电磁波的重要的无线电设备，没有天线就没有无线电通信。不同种类的天线适用于不同用途，不同场合，不同频率，不同要求等不同情况;天线种类繁多，可按照-定特征进行分类:根据用途分类，可分为通信天线，雷达天线等;根据工作频段分类，可分为短波天线，超短波天线，微波天线等。 2.1天线的基本概念 天线无处不在o所有的无线电设备都需要使用无线电波来开展的工作，天线在作发射时，它将电路中的高频电流转换为极化的电磁波，发射向规定的方向;作接收时，则将来自特定方向的极化的电磁波转换为电路中的高频电流。 所以天线的功能主要功能有: (1)能量转换 对于发射天线，天线应将电路中的高频电流能里或传输线上的导行波能里尽可能多地转换为空间的电磁波能里辐射出去。对于接收天线，传输到接收机上的由天线接收的电磁能里应尽可能转换为电路中的高频电流能里;天线和发射机或接收机应该尽可能良好的匹配。 ??(2)定向辐射或接收??发射及接受天线的辐射电磁能里应集中在指定的方向，尽可能的不接收来自其它方向的电磁波，不要将能里损失在别的方向上，否则接收所需信号的同时，还有可能接收到不同方向的其它信号，造成不必要的干扰。所以好的天线一定需要具有良好的方向性。在接收距离过远的信号时，必须采用定向性好、增益高的天线。??(3)应有适当的极化??天线发送或接收的电磁波-定是规定极化的，不同极化的电磁波无法互相接收或接收会损失大部分能里。??(4)天线应有一定的工作频段??任何天线都有一定的工作频段。天线的接收和发送是相互的。由互易原理，天线和馈电网络中如果没有非线性器件，那么用同一天线来发射和接收电磁波时，基本特征保持不变，所以可以使用分析发射天线的方法分析接收天线特性。 2.2天线辐射原理 天线是用于发射或接收无线电波的装置，在很久以前科学家们就证实了只有天线才能将带有信息的无线电波传送出去，也只有天线才能将外畀的无线电波接收进来，所以在无线电波的传播过程中天线的作用显而易见。作为辐射体，天线在辐射电磁波时，须要具备以下条件: (1)电流源输入到天线上，其频率必须很高。高频电流才坷以产生高速变化的电场，在周围建立强大的位移电流，并在附近产生出时间推移而变化的强磁场，这个强磁场又会在附近产生变化的磁场，在空间中互相推进。场强一定，波源频率与位移电流成正比，与能里辐射也成正比，而静态电场或磁场不会变化，它的频率为零，不产生辐射。低频场变化缓慢，低频电磁辐射也较弱o所以必须使用高频以产生有效辐射。 (2)天线的结构:并不是任意带电物体都会产生电磁波并且辐射电磁波。要使波源从辐射体辐射出有效的能里，使能里脱离辐射体，必须它的结构是一个带电的开放系统。就是说这个辐射体若要辐射能里，必须将它做成偶合形、开放形传导结构，否则产生的辐射会非常微弱甚至无法辐射电磁波。 电磁辐射是导线带有交变电流而形成的，导线的长度、形状决定了辐射能力。如果两根导线的位置非常接近，则两导线相互抵消了感应电动势，从而产生的辐射非常微弱。如果将两导线分开，由于电流方向相同，在同-方向产生感应电动势，从而产生较强的辐射。当波长远大于导线长度L时，电流减小，辐射极弱。 2.3天线的基本参数 ??要了解天线知识，就需要了解天线的基本参数。对于衡里天线性能的一些指标，就需要运用天线的参数来描述。设计与仿真微带天线时，往往需要一些指标来指导设计者进行天线设计，例如天线的极化、方向图形状、输入、阻抗、工作频率和频带宽度、驻波比等。??通过定义天线的各个参数可以描述天线的性能。接下来介绍天线设计中的一些重要参数图。 2.4天线的极化 ??电磁波电场矢里的空间指向就是电磁波的极化方向。??电磁波的极化是指