本文研究了一个基于互补容性加载环的三频偶极子天线,该天线可以用于为WLAN和WiMAX应用。
摘要:本文设计和提出了一种在应用在无线本地局域网和全球微波互通中的一个单平面的三频偶极子天线。通过引进两对互补型容性加载环插入一个单平面的蝴蝶结天线,两个带切口的环可以生成三频的性能。该天线由一个50Ω微波传输带线和一个宽带平衡/不平衡转换器的共面线微波传输带(CPS)直接组成。给出了由数值模拟和实验方法得到的天线参数,包括电压驻波比率(VSWR),辐射方向图以及增益。结果显示,这种天线可以在2.21-2.77GHz,3.33-3.95GHz以及5.04-6GHz实现三频性。
本文共分为四个部分:第一部分介绍了几种天线的结构和研究的发展背景;第二部分解释了天线特别是偶极子天线的基本原理;第三部分分析了天线的结构和天线仿真的过程;第四部分是在仿真结果的基础上进行分析和得出结论。
关键词互补容性加载环(CCLL)三频天线单平面偶极子天线
毕业设计说明书外文摘要
Title A Uniplanar Triple-Band Dipole Antenna Using Complementary Capacitively Loaded Loop
Abstract:A uniplanar compact metamaterial-inspired triple-band dipole antenna is designed and proposed for wireless local area network (WLAN) and Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) applications. By introducing two pairs of complementary capacitively loaded loop (CCLL) slots into a uniplanar bow-tie antenna, two notched bands can be generated to form a triple-band operation. The antenna is directly fed by a 50- microstrip line and a microstrip-to-coplanar-stripline (CPS) transition as a wideband balun. Antenna parameters, including voltage standing-wave ratio (VSWR), radiation patterns, and gain, are obtained by numerical simulations and experimental measurements. The results show that the proposed antenna can provide triple-band operation at 2.21–2.77, 3.33–3.95, and 5.04–6 GHz with the VSWR less than 2 to achieve 2.4/5.2/5.8-GHz WLAN and 2.5/3.5/5.5-GHz WiMAX applications.
This paper is pided into four parts. The first part introduces the structures and the development backgrounds of some antennas. The second part starts with the definition of antenna to explain the fundamental theory of the dipole antenna. The third part analyze the structure of the antenna and the process of simulation. The last part is based on the result of the simulation to get the conclusion.
Keywords Complementary capacitively loaded loop(CCLL) metamaterials triple-band antenna uniplanar dipole antenna.
目次
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 几种天线结构 1
2 偶极子天线基本理论 6
2.1 天线 6
2.2 天线基本参数 6
2.2.1 带宽 6
2.2.2 辐射方向图 7
2.2.3 输入阻抗和电压驻波比(VSWR) 8
2.2.4 增益 8
2.2.5 极化 9
2.3 偶极子天线 10
2.3.1 定义 10
2.3.2 电偶极子 11
2.3.3 磁偶极子 11
2.3.4 偶极子天线的特点 12
2.3.5 偶极子天线的辐射场 13
2.3.6 偶极子天线的增益 13
3 三频偶极子天线的设计与仿真 14
3.1 HFSS软件概述 14
3.2 天线设计 14
3.2.1 HFSS设计天线步骤 14
3.2.2 天线设计 14
3.2.3 参数研究 16
3.2.4 天线设计参数 19
3.3 仿真结果 19
3.3.1 反射系数和电压驻波比 20
3.3.2 E、H面辐射图 21
3.3.3 表面电流 24
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1 绪论
1.1 课题背景
随着现代无线通信技术的迅速发展,无线局域网(WLAN)和全球微波互联的接入(WiMAX)得到普遍应用。无线局域网(WLAN)是应用无线分布方法(通常是扩频或OFDM无线电)在有限区域内,诸如家庭、学校、计算机实验室或办公楼之类的地方连接两个或多个设备的无线计算机网络。这使用户能够在本地覆盖区域内移动,但仍然连接到网络。WiMAX可用于许多应用,包括宽带连接、蜂窝回程、热点等。它类似于远程Wi-Fi,但它可以在更远的距离使用。目前的WLAN主要工作在2.45GHz、5.2GHz和5.8GHz,而WiMAX工作在2.5GHz、3.5GHz和5.5GHz。天线在传播和接收信号中起着至关重要的作用,是通讯系统中的一个重要组件。在天线工作频带内的信号可以接收和传输,然而带外信号可以被阻拦。为了达到现代多频或宽带系统严格的要求,天线的设计变得越来越复杂。对于无线通讯系统,一直在挑战在维持更好性能的同时电路尺寸却要求越来越小型化,工作带宽要求越来越宽,工作频带越来越多。下面介绍几种常见的天线和其发展背景。