超宽带盘锥天线的特性分析与研究毕业论文

1、 毕业论文(设计) 超宽带圆盘锥天线的特性分析与研究摘要:近年来，随着通信技术的飞速发展，超宽带通信技术以其低功耗、高带宽和低复杂度的优势备受关注。超宽带天线已经成为天线领域的研究热点。盘形天线由导体盘和导体锥组成，因此其结构简单。锥形天线是一种垂直极化全向天线，具有很宽的工作频带和良好的全向均匀性。一种可与宽带梳波发生器组成电场辐射发射测试项目的比较装置。关键词:超宽带；圆盘锥形天线；全向天线毕业设计(论文)原件及使用授权说明原创性声明我保证我提交的毕业设计(论文)是我在导师指导下的研究工作和成果。据我所知，除文中特别标注和注明的地方外，不包含其他人或组织已发表的研究成果，也不包含我曾用来与

2、其他教育机构取得学位或学历的材料。对本研究有所帮助和贡献的个人或集体，都做出了明确的解释，并表达了对本文的兴趣。作者签名:日期:讲师签名:日期:授权说明本人完全理解学校关于毕业设计(论文)收集、保存和使用的规定，即按照学校的要求提交毕业设计(论文)的印刷版和电子版；学校有权保留毕业设计(论文)的印刷版和电子版，并提供目录检索和阅读服务；学校可以采用影印、减印、数字化或其他复制方式保存论文；在不盈利的前提下，学校可以发表论文的部分或全部内容。签名:日期:论文的原始陈述我再次声明，提交的论文是我在导师指导下独立研究的研究成果。除文中特别标注和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体发表或撰写的

3、作品。对本论文研究做出重要贡献的个人和集体，在本文中均有明确标注。本人完全清楚，此声明的法律后果由本人承担。签名:日期:年月日学位论文使用授权书本学位论文的作者完全了解学校关于保存和使用学位论文的规定，并同意学校保存和向国家有关部门或机构发送学位论文的副本和电子版本，允许查阅和借阅学位论文。本人授权大学将本学位论文全部或部分编入相关数据库以供检索，并以影印、缩印或扫描的方式保存和编辑本学位论文。涉密论文按学校规定办理。作者签名:日期:年、月、日导师签名:日期:年月日目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659565 第一章：引言4 H

4、YPERLINK l _RefHeading_Toc290659566 1.1 超宽带天线的发展4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659567 1.2 HFSS功能简介4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659568 1.3 本文研究的容与意义4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659569 第二章：盘锥天线的设计5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659570 2.1 盘锥天线的演变过程5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659571 2.2 盘锥天线

5、的尺寸设计规律5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659572 第三章：盘锥天线的锥角对天线性能的影响5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659573 3.1 锥角对天线方向图的影响5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659574 3.2 锥角对天线输入阻抗的影响7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659575 3.3 锥角对天线电压驻波比的影响8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659576 第四章：盘锥天线的其它参量对天线性能的影响9 HYPERLIN

6、K l _RefHeading_Toc290659577 4.1 变量S对天线性能的影响9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659578 4.1.1 变量S对天线方向图的影响9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659579 4.1.2 变量S对天线输入阻抗的影响11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659580 4.1.3 变量S对天线电压驻波比的影响11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659581 4.2 变量D对天线性能的影响12 HYPERLINK l _RefHeading

7、_Toc290659582 4.2.1 变量D 对天线方向图的影响12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659583 4.2.2 变量D对天线输入阻抗的影响14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659584 4.2.3 变量D对天线电压驻波比的影响15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659585 4.3 变量Cmin对天线性能的影响16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659586 4.3.1 变量Cmin对天线方向图的影响16 HYPERLINK l _RefHeading_To

8、c290659587 4.3.2 变量Cmin对天线输入阻抗的影响18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659588 4.3.3 变量Cmin对天线电压驻波比的影响18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659589 4.4 变量Cmax对天线性能的影响19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659590 4.4.1 变量Cmax对天线方向图的影响19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659591 4.4.2 变量Cmax对天线输入阻抗的影响21 HYPERLINK l _RefHead

9、ing_Toc290659592 4.4.3 变量Cmax对天线电压驻波比的影响22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659593 第五章:总结23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659594 致24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659595 参考文献25第一章:绪论。1.1超宽带天线的发展超宽带技术1是目前被广泛研究的一种新型无线通信技术。由于其高数据速率、低功耗和低复杂度，为通信技术的发展开辟了新的机遇。但是，由于超宽带占用非常宽的带宽，并且与其他通信系统共享频带，会造成信号干扰，给超宽带技术的研究带

10、来新的挑战。1898年，Oliver Lodge提出了球形偶极子、方形偶极子、双锥偶极子、三角形偶极子、甚至蝶形偶极子天线和单极子天线的概念。后来随着短波通信的发展和宽带技术的进步，人们对这些天线进行了深入的研究。在设计结构简单、价格低廉、易于加工的超宽带天线的基础上，通过调整天线的缝隙和形状来实现超宽带天线，如蝶形天线、单极天线、圆盘锥天线2-3。超宽带天线4与超宽带技术一起发展，是超宽带系统的重要组成部分。超宽带天线的性能直接影响超宽带系统的功能。超宽带天线有多种分类方式，根据天线增益分为低增益天线和高增益天线，根据天线方向性分为全向天线和定向天线。虽然目前超宽带天线已经有了很大的发展，但

11、是还远远不能满足人们的需求，主要是超宽带天线的设计还面临着很大的挑战。随着微波集成电路的发展，超宽带天线的研究和应用将更快成为现实。目前多种超宽带天线，如平面缝隙天线，都是用集成电路馈电制作的。它们的特点是能产生对称波束，以平衡的超宽带馈电，具有超宽带特性。1.2 hfss功能介绍Ansoft公司开发的HFSS软件5是一个三维电磁场仿真软件。它采用切向矢量有限元法求解任何三维射频和微波器件的电磁场分布，计算材料和辐射引起的损耗。可以直接得到特性阻抗、传播系数、S参数、电磁场、辐射场和天线方向图的结果。它广泛应用于天线、馈线、滤波器、功分器、光电器件、隔离器的设计以及电磁兼容性、电磁干扰、天线局

12、部和互耦的计算。1.3本研究的内容和意义本文采用Ansoft的电磁场高频仿真软件HFSS进行仿真设计。在常规盘锥天线设计的基础上，优化了盘锥天线的结构，使其在宽频带内实现良好的阻抗匹配，使天线具有低驻波和全向均匀性好的特点6。第二章:圆盘锥形天线的设计。2.1盘锥天线的演变过程圆盘天线7的演变过程可以认为是双锥天线演变成了下锥体被金属圆盘代替的圆锥天线。可以看出，盘形天线由导体盘和导体锥组成。它与圆盘馈电同轴电缆的导体相连，锥体的锥顶与同轴线的外导体相连。图(1)显示了圆盘锥形天线的结构。圆盘圆锥天线的斜高为L，下基板为半径为D的圆形金属板，上圆锥为无帽空心圆锥，圆锥的半角为，锥底半径为Cmi

13、n，锥顶半径为Cmax，锥底与圆盘之间的高度为s图(1)圆盘锥形天线的结构图2.2盘锥天线的尺寸设计规则碟形天线的倾斜高度L8应该略大于对应于下限频率的波长的四分之一。L与的关系如式(1)所示，其中，为比例系数，取值范围为1.1-1.3，为下限频率对应的波长。l和圆盘半径d应该约为锥顶半径Cmax的0.7倍；碟形天线锥角的选择与斜高L有关，为了有足够的阻抗过渡空间，当锥角较小时，斜高L应较大。离盘锥的距离s几乎与倾斜高度l和锥角无关。(1)第三章:圆盘锥天线锥角对天线性能的影响。3.1锥角对天线方向图的影响图(2)是当半锥角9取不同值时，圆盘锥形天线的E面方向图。图(3)显示了当半锥角取不同值

14、时，碟形锥天线的H平面方向图。(a)= 15 %( b)= 30(c)=45 (d)=60图(2)圆盘锥形天线的E平面方向图(a)= 15 %( b)= 30(c)=45 (d)=60图(3)圆盘锥形天线的H平面方向图从图(2)可以看出，随着半锥角的增加，天线10的辐射趋于全向。因为盘锥天线的结构是对称的，所以它的辐射在H平面内是全向的。从图3可以看出，圆盘锥形天线的H平面方向图是一个圆形。3.2锥角对天线输入阻抗的影响图(4)示出了当半锥角不同时，盘锥天线的输入阻抗和频率的曲线。(a)= 15 %( b)= 30(c)=45 (d)=60图(4)圆盘锥形天线的输入阻抗盘形天线11的优异阻抗宽

15、带特性主要是由于其特殊的几何结构。圆盘天线可视为下锥半角为90，上锥半角为的双锥天线，具有很低的特性阻抗。锥形天线的特性阻抗大致如下:() (2)根据上式可以看出，盘锥天线的输入阻抗与半角成反比，随着半角的增大，盘锥天线的输入阻抗减小。3.3锥角对天线电压驻波比的影响图5是具有不同半锥角的圆盘锥形天线的电压驻波比和频率的曲线。(a)= 15 %( b)= 30(c)=45 (d)=60图5圆盘锥形天线的电压驻波比根据图(5)中四个盘锥天线的电压驻波比图可以看出，在相同的驻波要求下，随着半锥的增加，天线的带宽变得更好。第四章:盘锥天线其他参数对天线性能的影响。4.1变量S对天线性能的影响当d、C

16、min和Cmax的值一定时，通过改变s来考察不同的s值对天线方向图、输入阻抗和电压驻波比的影响。4.1.1变量S对天线方向图的影响图6示出了当D = 17mm毫米，Cmin = 2毫米，Cmax = 24mm毫米，S取不同值时天线的E平面方向图；图7是当D = 17mm毫米，Cmin = 2毫米，Cmax = 24mm毫米，S取不同值时的天线的H平面图。(a)s = 0.5毫米的E面图案(b)s = 1毫米的E面图案。(c)S = 1.5毫米的E面方向图图6(a)s = 0.5毫米的h平面图案(b)s = 1毫米的h平面图案。(c)S = 1.5毫米高的平面图案图7从图(6)和图(7)可以看出

17、，圆盘和圆锥底之间的间隙S对天线方向图的影响很小。4.1.2变量S对天线输入阻抗的影响图8示出了当D=17mm、Cmin=2mm、Cmax=24mm并且S取不同值时的天线输入阻抗。(a)S = 0.5毫米输入阻抗(b)S = 1毫米输入阻抗(c)S = 1.5毫米输入阻抗图(8)从图(8)可以看出，圆盘与锥底的间隙S并不影响圆盘锥天线的输入阻抗，从公式(2)可以看出，圆盘锥天线的输入阻抗只与圆盘锥天线的锥角有关。4.1.3变量S对天线电压VSWR的影响图9示出了当D = 17mm毫米、Cmin = 2毫米、Cmax = 24mm毫米以及S取不同值时天线的VSWR。(a)S = 0.5毫米电压驻

18、波比(b)S = 1毫米电压驻波比(c)S = 1.5毫米电压驻波比图9从图9中可以看出，圆盘和圆锥底部之间的间隙S对圆盘-圆锥天线的VSWR几乎没有影响。综上所述，圆盘与锥底的间隙S对天线的影响很小，在一定条件下S对天线性能的影响可以忽略。4.2变量D对天线性能的影响当s、Cmin和Cmax的值一定时，通过改变d来考察不同的d值对天线方向图、输入阻抗和电压驻波比的影响。4.2.1变量D对天线方向图的影响图10示出了当S = 1毫米，Cmin = 2毫米，Cmax = 24mm毫米，D取不同值时天线的E平面方向图；图(11)显示了当S=1mm，Cmin=2mm，Cmax=24mm，D取不同值时

19、天线的H平面方向图。(a)D = 8.5毫米E面图案(b)D = 17毫米E面图案(c)D = 25.5毫米E面方向图图(10)(a)D = 8.5毫米高平面图案(b)D = 17毫米高平面图案(c)D = 25.5毫米高的平面图案图(11)从图(10)和(11)可以看出，圆盘的半径D对圆盘锥形天线的方向图有很大的影响。如果半径d太大，水平方向的场强将会降低。4.2.2变量D对天线输入阻抗的影响图(12)显示了S=1mm、Cmin=2mm、Cmax=24mm以及d取不同值时的天线输入阻抗。(a)D = 8.5毫米输入阻抗(b)D = 17毫米输入阻抗(c)D = 25.5毫米输入阻抗图(12)

20、从图(12)可以看出，圆盘的半径D对天线的输入阻抗没有影响，从公式(2)可以看出，圆盘锥形天线的输入阻抗只与圆盘锥形天线的锥角有关。4.2.3变量D对天线电压驻波比的影响图13示出了当S = 1毫米、Cmin = 2毫米、Cmax = 24mm毫米以及D取不同值时天线的VSWR。(a)D = 8.5毫米VSWR(b)D = 17毫米VSWR(c)D = 25.5毫米电压驻波比图(13)从图(13)可以看出，圆盘的半径D对圆盘锥形天线的VSWR影响很小。综上所述，圆盘的半径D只对圆盘锥形天线的方向图有很大的影响。为了使圆盘锥形天线的性能更好，圆盘的半径D不能太大或太小。根据盘锥天线的尺寸设计规律

21、，圆盘半径通常约为锥顶半径Cmax的0.7倍。4.3可变Cmin对天线性能的影响当S、D和Cmax的值一定时，通过改变Cmin，考察了不同Cmin值对天线方向图、输入阻抗和电压驻波比的影响。4.3.1可变Cmin对天线方向图的影响图14示出了当S=1mm，D=17mm，Cmax=24mm，并且Cmin取不同值时天线的E平面方向图；图15示出了当S = 1毫米、D = 17mm毫米、Cmax = 24mm毫米并且Cmin取不同值时的天线的H平面图案。(a)Cmin = 1毫米E平面模式(b)Cmin = 2毫米E平面模式(c)CMin = 3毫米的E面方向图图(14)(a)Cmin = 1毫米H

22、平面模式(b)Cmin = 2毫米H平面模式(c)CMin = 3毫米的H平面方向图图(15)从图(14)和(15)可以看出，圆盘锥形天线的锥底半径Cmin对天线方向图的影响很小。4.3.2可变Cmin对天线输入阻抗的影响图(16)显示了S=1mm、D=17mm、Cmax=24mm以及Cmin取不同值时的天线输入阻抗。(a)Cmin = 1毫米输入阻抗(b)Cmin = 2毫米输入阻抗(c)Cmin = 3毫米输入阻抗图(16)从图(16)可以看出，锥底半径Cmin对天线的输入阻抗没有影响，从公式(2)可以看出，盘锥天线的输入阻抗只与盘锥天线的锥角有关。4.3.3可变Cmin对天线电压VSWR

23、的影响图17示出了当S = 1毫米、D = 17mm毫米、Cmax = 24mm毫米以及Cmin取不同值时天线的VSWR。(a)Cmin = 1毫米VSWR(b)Cmin = 2毫米VSWR(c)Cmin = 3毫米电压驻波比图(17)从图17可以看出，圆盘锥形天线的锥底半径Cmin对天线的VSWR影响很小。综上所述，圆盘锥天线的锥底半径Cmin对天线方向图、输入阻抗和电压驻波比的影响很小。4.4可变Cmax对天线性能的影响当s、d和Cmin的值一定时，通过改变Cmax来考察Cmax的不同值对天线方向图、输入阻抗和电压驻波比的影响。4.4.1可变Cmax对天线方向图的影响图(18)S = 1m

24、m，D=17mm，Cmin=2mm，Cmax取不同值时天线的E面方向图；图(19)S = 1mm，D=17mm，Cmin=2mm，Cmax取不同值时天线的H面方向图。(a)Cmax = 12毫米E平面图案(b)Cmax = 24毫米E平面图案(c)Cmax = 36毫米E平面模式图18(a)Cmax = 12毫米H平面图案(b)Cmax = 24毫米H平面图案(c)Cmax = 36毫米H平面模式图(19)从图(18)和(19)可以看出，锥顶半径d越大，圆盘锥形天线的全向辐射越小，水平方向的场强越低。4.4.2可变Cmax对天线输入阻抗的影响图(20)S = 1mm，D=17mm，Cmin=2

25、mm，Cmax取不同值时天线的输入阻抗。(a)Cmax = 12毫米输入阻抗(b)Cmax = 24毫米输入阻抗(c)Cmax = 36毫米输入阻抗图(20)从图(20)可以看出，锥顶半径Cmax对天线的输入阻抗没有影响，从公式(2)可以看出，盘锥天线的输入阻抗只与盘锥天线的锥角有关。4.4.3可变Cmax对天线电压VSWR的影响图(21)S = 1mm，D=17mm，Cmin=2mm，Cmax取不同值时天线的VSWR。(a)Cmax = 12毫米VSWR(b)Cmax = 24毫米VSWRCmax = 36mm毫米VSWR图21从图(21)可以看出，盘锥天线的锥顶半径Cmax对盘锥天线的电压

26、驻波比影响很小。综上所述，碟形锥天线的锥顶半径Cmax对碟形锥的方向图影响较大，但对天线的输入阻抗和电压驻波比影响不大。第五章:总结。通过对不同结构盘锥的仿真，得到了不同结构盘锥对应的方向图、输入阻抗和电压驻波比。对比仿真结果可以看出，= 30，S=1mm，D=17mm，Cmin=2mm，Cmax=24mm为最优设计尺寸。该尺寸下的盘锥天线的输入阻抗、三维方向图、E面方向图、H面方向图、电压驻波比如图(22)所示。该天线在2-18GHz频段具有良好的驻波特性。H面的辐射方向是全向的。锥形天线结构简单，易于加工和拍照。可作为宽带梳波发生器电场辐射发射试验的比对装置。(a)输入阻抗(b)立体声模式

27、(c) E平面模式(d) H平面模式电压驻波比图22致谢本次设计的完成是在于先生的悉心指导下进行的。当设计过程中出现问题时，俞老师不厌其烦地解释我的设计进展顺利。从设计选题到资料收集再到最终设计的修改，花费了俞老师大量宝贵的时间和精力，在此向俞老师表示衷心的感谢！参考1钱、云霖、智勇等。一种改进的小型化超宽带平面倒锥缝隙天线J.电信技术，2010，11(6):231-234。2，阮，。任意锥角有限长双锥天线电磁特性的仿真研究J.无线电学报，2003，12(2):46-49。恩耀，思敏。综合双锥形天线的发展J.电子学报，1996，21(12):225-231。、王俊红、邹、。低剖面超宽带天线的设

28、计与分析J.大学学报，2010，24(3):324-326。5雍军，王鹏，雷等.安软基础与应用M.电子科技大学，2007，8。6王毅，许勤，。一种超宽带双锥全向天线的设计J.雷达与对抗，2005，(1):25-27。7郑松、简华等。天线和无线电波传播M。电子科技大学，2003.79-80。雷小军。超宽带锥形天线的HFSS仿真研究与设计J.微型计算机信息，2008，25(6):212-214。王梅芳，肖金祥，金生。任意锥角圆盘锥天线的研究J.微型计算机信息，2008，24 (11): 266-268。10庄丽华，黄娟，甄。HFSS线天线辐射特性的仿真研究J.电子电路，2009，22(3):52-

29、55。11，薛，等.平面超宽带天线的设计与研究J.无线电科学学报，2008，23(2):335-339。超宽带碟形锥天线特性的分析与研究物理与信息工程学院电子信息科学与技术专业070303012王建飞俞延忠副教授摘要:近年来，随着通信的快速发展，超宽带通信技术以其低功耗，高带宽和低复杂度的优势而备受关注。超宽带天线已成为当前天线领域的研究热点。碟形天线由一个导体圆锥和一个导体圆盘组成，所以它的圆锥构成一个简单的结构；碟形圆锥天线是一种垂直极化全向天线，具有很宽的工作频率和良好的均匀性。可与宽带梳状波发生器一起使用的辐射发射测试项目的电场比装置。关键词:超宽带；碟形锥形天线；全向天线毕业设计(论

30、文)原件及使用授权说明原创性声明我保证我提交的毕业设计(论文)是我在导师指导下的研究工作和成果。据我所知，除文中特别标注和注明的地方外，不包含其他人或组织已发表的研究成果，也不包含我曾用来与其他教育机构取得学位或学历的材料。对本研究有所帮助和贡献的个人或集体，都做出了明确的解释，并表达了对本文的兴趣。作者签名:日期:讲师签名:日期:授权说明本人完全理解学校关于毕业设计(论文)收集、保存和使用的规定，即按照学校的要求提交毕业设计(论文)的印刷版和电子版；学校有权保留毕业设计(论文)的印刷版和电子版，并提供目录检索和阅读服务；学校可以采用影印、减印、数字化或其他复制方式保存论文；在不盈利的前提下，

31、学校可以发表论文的部分或全部内容。签名:日期:论文的原始陈述我再次声明，提交的论文是我在导师指导下独立研究的研究成果。除文中特别标注和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体发表或撰写的作品。对本论文研究做出重要贡献的个人和集体，在本文中均有明确标注。本人完全清楚，此声明的法律后果由本人承担。签名:日期:年月日学位论文使用授权书本学位论文的作者完全了解学校关于保存和使用学位论文的规定，并同意学校保存和向国家有关部门或机构发送学位论文的副本和电子版本，允许查阅和借阅学位论文。本人授权大学将本学位论文全部或部分编入相关数据库以供检索，并以影印、缩印或扫描的方式保存和编辑本学位论文。涉密论文按学校规定办理。作者签名:日期:年、月、日导师签名:日期:年月日致谢时光飞逝，大学里的学习生活很快就要过去了。在这四年的学习生活中，我收获了很多，