1、 畢業論文(設計) 超寬帶圓盤錐天線的特性分析與研究摘要:近年來，隨著通信技術的飛速發展，超寬帶通信技術以其低功耗、高帶寬和低復雜度的優勢備受關注。超寬帶天線已經成為天線領域的研究熱點。盤形天線由導體盤和導體錐組成，因此其結構簡單。錐形天線是一種垂直極化全向天線，具有很寬的工作頻帶和良好的全向均勻性。一種可與寬帶梳波發生器組成電場輻射發射測試項目的比較裝置。關鍵詞:超寬帶；圓盤錐形天線；全向天線畢業設計(論文)原件及使用授權說明原創性聲明我保證我提交的畢業設計(論文)是我在導師指導下的研究工作和成果。據我所知，除文中特別標注和注明的地方外，不包含其他人或組織已發表的研究成果，也不包含我曾用來與

2、其他教育機構取得學位或學歷的材料。對本研究有所幫助和貢獻的個人或集體，都做出了明確的解釋，并表達了對本文的興趣。作者簽名:日期:講師簽名:日期:授權說明本人完全理解學校關于畢業設計(論文)收集、保存和使用的規定，即按照學校的要求提交畢業設計(論文)的印刷版和電子版；學校有權保留畢業設計(論文)的印刷版和電子版，并提供目錄檢索和閱讀服務；學校可以采用影印、減印、數字化或其他復制方式保存論文；在不盈利的前提下，學校可以發表論文的部分或全部內容。簽名:日期:論文的原始陳述我再次聲明，提交的論文是我在導師指導下獨立研究的研究成果。除文中特別標注和引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體發表或撰寫的

3、作品。對本論文研究做出重要貢獻的個人和集體，在本文中均有明確標注。本人完全清楚，此聲明的法律后果由本人承擔。簽名:日期:年月日學位論文使用授權書本學位論文的作者完全了解學校關于保存和使用學位論文的規定，并同意學校保存和向國家有關部門或機構發送學位論文的副本和電子版本，允許查閱和借閱學位論文。本人授權大學將本學位論文全部或部分編入相關數據庫以供檢索，并以影印、縮印或掃描的方式保存和編輯本學位論文。涉密論文按學校規定辦理。作者簽名:日期:年、月、日導師簽名:日期:年月日目錄 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 超寬帶天線的發展4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659567 1.2 HFSS功能簡介4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659568 1.3 本文研究的容與意義4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659569 第二章：盤錐天線的設計5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659570 2.1 盤錐天線的演變過程5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659571 2.2 盤錐天線

5、的尺寸設計規律5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659572 第三章：盤錐天線的錐角對天線性能的影響5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659573 3.1 錐角對天線方向圖的影響5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659574 3.2 錐角對天線輸入阻抗的影響7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659575 3.3 錐角對天線電壓駐波比的影響8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659576 第四章：盤錐天線的其它參量對天線性能的影響9 HYPERLIN

6、K l _RefHeading_Toc290659577 4.1 變量S對天線性能的影響9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659578 4.1.1 變量S對天線方向圖的影響9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659579 4.1.2 變量S對天線輸入阻抗的影響11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659580 4.1.3 變量S對天線電壓駐波比的影響11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659581 4.2 變量D對天線性能的影響12 HYPERLINK l _RefHeading

7、_Toc290659582 4.2.1 變量D 對天線方向圖的影響12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659583 4.2.2 變量D對天線輸入阻抗的影響14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659584 4.2.3 變量D對天線電壓駐波比的影響15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659585 4.3 變量Cmin對天線性能的影響16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659586 4.3.1 變量Cmin對天線方向圖的影響16 HYPERLINK l _RefHeading_To

8、c290659587 4.3.2 變量Cmin對天線輸入阻抗的影響18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659588 4.3.3 變量Cmin對天線電壓駐波比的影響18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659589 4.4 變量Cmax對天線性能的影響19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659590 4.4.1 變量Cmax對天線方向圖的影響19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659591 4.4.2 變量Cmax對天線輸入阻抗的影響21 HYPERLINK l _RefHead

9、ing_Toc290659592 4.4.3 變量Cmax對天線電壓駐波比的影響22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659593 第五章:總結23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659594 致24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc290659595 參考文獻25第一章:緒論。1.1超寬帶天線的發展超寬帶技術1是目前被廣泛研究的一種新型無線通信技術。由于其高數據速率、低功耗和低復雜度，為通信技術的發展開辟了新的機遇。但是，由于超寬帶占用非常寬的帶寬，并且與其他通信系統共享頻帶，會造成信號干擾，給超寬帶技術的研究帶

10、來新的挑戰。1898年，Oliver Lodge提出了球形偶極子、方形偶極子、雙錐偶極子、三角形偶極子、甚至蝶形偶極子天線和單極子天線的概念。后來隨著短波通信的發展和寬帶技術的進步，人們對這些天線進行了深入的研究。在設計結構簡單、價格低廉、易于加工的超寬帶天線的基礎上，通過調整天線的縫隙和形狀來實現超寬帶天線，如蝶形天線、單極天線、圓盤錐天線2-3。超寬帶天線4與超寬帶技術一起發展，是超寬帶系統的重要組成部分。超寬帶天線的性能直接影響超寬帶系統的功能。超寬帶天線有多種分類方式，根據天線增益分為低增益天線和高增益天線，根據天線方向性分為全向天線和定向天線。雖然目前超寬帶天線已經有了很大的發展，但

11、是還遠遠不能滿足人們的需求，主要是超寬帶天線的設計還面臨著很大的挑戰。隨著微波集成電路的發展，超寬帶天線的研究和應用將更快成為現實。目前多種超寬帶天線，如平面縫隙天線，都是用集成電路饋電制作的。它們的特點是能產生對稱波束，以平衡的超寬帶饋電，具有超寬帶特性。1.2 hfss功能介紹Ansoft公司開發的HFSS軟件5是一個三維電磁場仿真軟件。它采用切向矢量有限元法求解任何三維射頻和微波器件的電磁場分布，計算材料和輻射引起的損耗。可以直接得到特性阻抗、傳播系數、S參數、電磁場、輻射場和天線方向圖的結果。它廣泛應用于天線、饋線、濾波器、功分器、光電器件、隔離器的設計以及電磁兼容性、電磁干擾、天線局

12、部和互耦的計算。1.3本研究的內容和意義本文采用Ansoft的電磁場高頻仿真軟件HFSS進行仿真設計。在常規盤錐天線設計的基礎上，優化了盤錐天線的結構，使其在寬頻帶內實現良好的阻抗匹配，使天線具有低駐波和全向均勻性好的特點6。第二章:圓盤錐形天線的設計。2.1盤錐天線的演變過程圓盤天線7的演變過程可以認為是雙錐天線演變成了下錐體被金屬圓盤代替的圓錐天線。可以看出，盤形天線由導體盤和導體錐組成。它與圓盤饋電同軸電纜的導體相連，錐體的錐頂與同軸線的外導體相連。圖(1)顯示了圓盤錐形天線的結構。圓盤圓錐天線的斜高為L，下基板為半徑為D的圓形金屬板，上圓錐為無帽空心圓錐，圓錐的半角為，錐底半徑為Cmi

13、n，錐頂半徑為Cmax，錐底與圓盤之間的高度為s圖(1)圓盤錐形天線的結構圖2.2盤錐天線的尺寸設計規則碟形天線的傾斜高度L8應該略大于對應于下限頻率的波長的四分之一。L與的關系如式(1)所示，其中，為比例系數，取值范圍為1.1-1.3，為下限頻率對應的波長。l和圓盤半徑d應該約為錐頂半徑Cmax的0.7倍；碟形天線錐角的選擇與斜高L有關，為了有足夠的阻抗過渡空間，當錐角較小時，斜高L應較大。離盤錐的距離s幾乎與傾斜高度l和錐角無關。(1)第三章:圓盤錐天線錐角對天線性能的影響。3.1錐角對天線方向圖的影響圖(2)是當半錐角9取不同值時，圓盤錐形天線的E面方向圖。圖(3)顯示了當半錐角取不同值

14、時，碟形錐天線的H平面方向圖。(a)= 15 %( b)= 30(c)=45 (d)=60圖(2)圓盤錐形天線的E平面方向圖(a)= 15 %( b)= 30(c)=45 (d)=60圖(3)圓盤錐形天線的H平面方向圖從圖(2)可以看出，隨著半錐角的增加，天線10的輻射趨于全向。因為盤錐天線的結構是對稱的，所以它的輻射在H平面內是全向的。從圖3可以看出，圓盤錐形天線的H平面方向圖是一個圓形。3.2錐角對天線輸入阻抗的影響圖(4)示出了當半錐角不同時，盤錐天線的輸入阻抗和頻率的曲線。(a)= 15 %( b)= 30(c)=45 (d)=60圖(4)圓盤錐形天線的輸入阻抗盤形天線11的優異阻抗寬

15、帶特性主要是由于其特殊的幾何結構。圓盤天線可視為下錐半角為90，上錐半角為的雙錐天線，具有很低的特性阻抗。錐形天線的特性阻抗大致如下:() (2)根據上式可以看出，盤錐天線的輸入阻抗與半角成反比，隨著半角的增大，盤錐天線的輸入阻抗減小。3.3錐角對天線電壓駐波比的影響圖5是具有不同半錐角的圓盤錐形天線的電壓駐波比和頻率的曲線。(a)= 15 %( b)= 30(c)=45 (d)=60圖5圓盤錐形天線的電壓駐波比根據圖(5)中四個盤錐天線的電壓駐波比圖可以看出，在相同的駐波要求下，隨著半錐的增加，天線的帶寬變得更好。第四章:盤錐天線其他參數對天線性能的影響。4.1變量S對天線性能的影響當d、C

16、min和Cmax的值一定時，通過改變s來考察不同的s值對天線方向圖、輸入阻抗和電壓駐波比的影響。4.1.1變量S對天線方向圖的影響圖6示出了當D = 17mm毫米，Cmin = 2毫米，Cmax = 24mm毫米，S取不同值時天線的E平面方向圖；圖7是當D = 17mm毫米，Cmin = 2毫米，Cmax = 24mm毫米，S取不同值時的天線的H平面圖。(a)s = 0.5毫米的E面圖案(b)s = 1毫米的E面圖案。(c)S = 1.5毫米的E面方向圖圖6(a)s = 0.5毫米的h平面圖案(b)s = 1毫米的h平面圖案。(c)S = 1.5毫米高的平面圖案圖7從圖(6)和圖(7)可以看出

17、，圓盤和圓錐底之間的間隙S對天線方向圖的影響很小。4.1.2變量S對天線輸入阻抗的影響圖8示出了當D=17mm、Cmin=2mm、Cmax=24mm并且S取不同值時的天線輸入阻抗。(a)S = 0.5毫米輸入阻抗(b)S = 1毫米輸入阻抗(c)S = 1.5毫米輸入阻抗圖(8)從圖(8)可以看出，圓盤與錐底的間隙S并不影響圓盤錐天線的輸入阻抗，從公式(2)可以看出，圓盤錐天線的輸入阻抗只與圓盤錐天線的錐角有關。4.1.3變量S對天線電壓VSWR的影響圖9示出了當D = 17mm毫米、Cmin = 2毫米、Cmax = 24mm毫米以及S取不同值時天線的VSWR。(a)S = 0.5毫米電壓駐

18、波比(b)S = 1毫米電壓駐波比(c)S = 1.5毫米電壓駐波比圖9從圖9中可以看出，圓盤和圓錐底部之間的間隙S對圓盤-圓錐天線的VSWR幾乎沒有影響。綜上所述，圓盤與錐底的間隙S對天線的影響很小，在一定條件下S對天線性能的影響可以忽略。4.2變量D對天線性能的影響當s、Cmin和Cmax的值一定時，通過改變d來考察不同的d值對天線方向圖、輸入阻抗和電壓駐波比的影響。4.2.1變量D對天線方向圖的影響圖10示出了當S = 1毫米，Cmin = 2毫米，Cmax = 24mm毫米，D取不同值時天線的E平面方向圖；圖(11)顯示了當S=1mm，Cmin=2mm，Cmax=24mm，D取不同值時

19、天線的H平面方向圖。(a)D = 8.5毫米E面圖案(b)D = 17毫米E面圖案(c)D = 25.5毫米E面方向圖圖(10)(a)D = 8.5毫米高平面圖案(b)D = 17毫米高平面圖案(c)D = 25.5毫米高的平面圖案圖(11)從圖(10)和(11)可以看出，圓盤的半徑D對圓盤錐形天線的方向圖有很大的影響。如果半徑d太大，水平方向的場強將會降低。4.2.2變量D對天線輸入阻抗的影響圖(12)顯示了S=1mm、Cmin=2mm、Cmax=24mm以及d取不同值時的天線輸入阻抗。(a)D = 8.5毫米輸入阻抗(b)D = 17毫米輸入阻抗(c)D = 25.5毫米輸入阻抗圖(12)

20、從圖(12)可以看出，圓盤的半徑D對天線的輸入阻抗沒有影響，從公式(2)可以看出，圓盤錐形天線的輸入阻抗只與圓盤錐形天線的錐角有關。4.2.3變量D對天線電壓駐波比的影響圖13示出了當S = 1毫米、Cmin = 2毫米、Cmax = 24mm毫米以及D取不同值時天線的VSWR。(a)D = 8.5毫米VSWR(b)D = 17毫米VSWR(c)D = 25.5毫米電壓駐波比圖(13)從圖(13)可以看出，圓盤的半徑D對圓盤錐形天線的VSWR影響很小。綜上所述，圓盤的半徑D只對圓盤錐形天線的方向圖有很大的影響。為了使圓盤錐形天線的性能更好，圓盤的半徑D不能太大或太小。根據盤錐天線的尺寸設計規律

21、，圓盤半徑通常約為錐頂半徑Cmax的0.7倍。4.3可變Cmin對天線性能的影響當S、D和Cmax的值一定時，通過改變Cmin，考察了不同Cmin值對天線方向圖、輸入阻抗和電壓駐波比的影響。4.3.1可變Cmin對天線方向圖的影響圖14示出了當S=1mm，D=17mm，Cmax=24mm，并且Cmin取不同值時天線的E平面方向圖；圖15示出了當S = 1毫米、D = 17mm毫米、Cmax = 24mm毫米并且Cmin取不同值時的天線的H平面圖案。(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面方向圖圖(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平面方向圖圖(15)從圖(14)和(15)可以看出，圓盤錐形天線的錐底半徑Cmin對天線方向圖的影響很小。4.3.2可變Cmin對天線輸入阻抗的影響圖(16)顯示了S=1mm、D=17mm、Cmax=24mm以及Cmin取不同值時的天線輸入阻抗。(a)Cmin = 1毫米輸入阻抗(b)Cmin = 2毫米輸入阻抗(c)Cmin = 3毫米輸入阻抗圖(16)從圖(16)可以看出，錐底半徑Cmin對天線的輸入阻抗沒有影響，從公式(2)可以看出，盤錐天線的輸入阻抗只與盤錐天線的錐角有關。4.3.3可變Cmin對天線電壓VSWR

23、的影響圖17示出了當S = 1毫米、D = 17mm毫米、Cmax = 24mm毫米以及Cmin取不同值時天線的VSWR。(a)Cmin = 1毫米VSWR(b)Cmin = 2毫米VSWR(c)Cmin = 3毫米電壓駐波比圖(17)從圖17可以看出，圓盤錐形天線的錐底半徑Cmin對天線的VSWR影響很小。綜上所述，圓盤錐天線的錐底半徑Cmin對天線方向圖、輸入阻抗和電壓駐波比的影響很小。4.4可變Cmax對天線性能的影響當s、d和Cmin的值一定時，通過改變Cmax來考察Cmax的不同值對天線方向圖、輸入阻抗和電壓駐波比的影響。4.4.1可變Cmax對天線方向圖的影響圖(18)S = 1m

24、m，D=17mm，Cmin=2mm，Cmax取不同值時天線的E面方向圖；圖(19)S = 1mm，D=17mm，Cmin=2mm，Cmax取不同值時天線的H面方向圖。(a)Cmax = 12毫米E平面圖案(b)Cmax = 24毫米E平面圖案(c)Cmax = 36毫米E平面模式圖18(a)Cmax = 12毫米H平面圖案(b)Cmax = 24毫米H平面圖案(c)Cmax = 36毫米H平面模式圖(19)從圖(18)和(19)可以看出，錐頂半徑d越大，圓盤錐形天線的全向輻射越小，水平方向的場強越低。4.4.2可變Cmax對天線輸入阻抗的影響圖(20)S = 1mm，D=17mm，Cmin=2

25、mm，Cmax取不同值時天線的輸入阻抗。(a)Cmax = 12毫米輸入阻抗(b)Cmax = 24毫米輸入阻抗(c)Cmax = 36毫米輸入阻抗圖(20)從圖(20)可以看出，錐頂半徑Cmax對天線的輸入阻抗沒有影響，從公式(2)可以看出，盤錐天線的輸入阻抗只與盤錐天線的錐角有關。4.4.3可變Cmax對天線電壓VSWR的影響圖(21)S = 1mm，D=17mm，Cmin=2mm，Cmax取不同值時天線的VSWR。(a)Cmax = 12毫米VSWR(b)Cmax = 24毫米VSWRCmax = 36mm毫米VSWR圖21從圖(21)可以看出，盤錐天線的錐頂半徑Cmax對盤錐天線的電壓

26、駐波比影響很小。綜上所述，碟形錐天線的錐頂半徑Cmax對碟形錐的方向圖影響較大，但對天線的輸入阻抗和電壓駐波比影響不大。第五章:總結。通過對不同結構盤錐的仿真，得到了不同結構盤錐對應的方向圖、輸入阻抗和電壓駐波比。對比仿真結果可以看出，= 30，S=1mm，D=17mm，Cmin=2mm，Cmax=24mm為最優設計尺寸。該尺寸下的盤錐天線的輸入阻抗、三維方向圖、E面方向圖、H面方向圖、電壓駐波比如圖(22)所示。該天線在2-18GHz頻段具有良好的駐波特性。H面的輻射方向是全向的。錐形天線結構簡單，易于加工和拍照。可作為寬帶梳波發生器電場輻射發射試驗的比對裝置。(a)輸入阻抗(b)立體聲模式

27、(c) E平面模式(d) H平面模式電壓駐波比圖22致謝本次設計的完成是在于先生的悉心指導下進行的。當設計過程中出現問題時，俞老師不厭其煩地解釋我的設計進展順利。從設計選題到資料收集再到最終設計的修改，花費了俞老師大量寶貴的時間和精力，在此向俞老師表示衷心的感謝！參考1錢、云霖、智勇等。一種改進的小型化超寬帶平面倒錐縫隙天線J.電信技術，2010，11(6):231-234。2，阮，。任意錐角有限長雙錐天線電磁特性的仿真研究J.無線電學報，2003，12(2):46-49。恩耀，思敏。綜合雙錐形天線的發展J.電子學報，1996，21(12):225-231。、王俊紅、鄒、。低剖面超寬帶天線的設

28、計與分析J.大學學報，2010，24(3):324-326。5雍軍，王鵬，雷等.安軟基礎與應用M.電子科技大學，2007，8。6王毅，許勤，。一種超寬帶雙錐全向天線的設計J.雷達與對抗，2005，(1):25-27。7鄭松、簡華等。天線和無線電波傳播M。電子科技大學，2003.79-80。雷小軍。超寬帶錐形天線的HFSS仿真研究與設計J.微型計算機信息，2008，25(6):212-214。王梅芳，肖金祥，金生。任意錐角圓盤錐天線的研究J.微型計算機信息，2008，24 (11): 266-268。10莊麗華，黃娟，甄。HFSS線天線輻射特性的仿真研究J.電子電路，2009，22(3):52-

29、55。11，薛，等.平面超寬帶天線的設計與研究J.無線電科學學報，2008，23(2):335-339。超寬帶碟形錐天線特性的分析與研究物理與信息工程學院電子信息科學與技術專業070303012王建飛俞延忠副教授摘要:近年來，隨著通信的快速發展，超寬帶通信技術以其低功耗，高帶寬和低復雜度的優勢而備受關注。超寬帶天線已成為當前天線領域的研究熱點。碟形天線由一個導體圓錐和一個導體圓盤組成，所以它的圓錐構成一個簡單的結構；碟形圓錐天線是一種垂直極化全向天線，具有很寬的工作頻率和良好的均勻性。可與寬帶梳狀波發生器一起使用的輻射發射測試項目的電場比裝置。關鍵詞:超寬帶；碟形錐形天線；全向天線畢業設計(論

30、文)原件及使用授權說明原創性聲明我保證我提交的畢業設計(論文)是我在導師指導下的研究工作和成果。據我所知，除文中特別標注和注明的地方外，不包含其他人或組織已發表的研究成果，也不包含我曾用來與其他教育機構取得學位或學歷的材料。對本研究有所幫助和貢獻的個人或集體，都做出了明確的解釋，并表達了對本文的興趣。作者簽名:日期:講師簽名:日期:授權說明本人完全理解學校關于畢業設計(論文)收集、保存和使用的規定，即按照學校的要求提交畢業設計(論文)的印刷版和電子版；學校有權保留畢業設計(論文)的印刷版和電子版，并提供目錄檢索和閱讀服務；學校可以采用影印、減印、數字化或其他復制方式保存論文；在不盈利的前提下，

31、學校可以發表論文的部分或全部內容。簽名:日期:論文的原始陳述我再次聲明，提交的論文是我在導師指導下獨立研究的研究成果。除文中特別標注和引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體發表或撰寫的作品。對本論文研究做出重要貢獻的個人和集體，在本文中均有明確標注。本人完全清楚，此聲明的法律后果由本人承擔。簽名:日期:年月日學位論文使用授權書本學位論文的作者完全了解學校關于保存和使用學位論文的規定，并同意學校保存和向國家有關部門或機構發送學位論文的副本和電子版本，允許查閱和借閱學位論文。本人授權大學將本學位論文全部或部分編入相關數據庫以供檢索，并以影印、縮印或掃描的方式保存和編輯本學位論文。涉密論文按學校規定辦理。作者簽名:日期:年、月、日導師簽名:日期:年月日致謝時光飛逝，大學里的學習生活很快就要過去了。在這四年的學習生活中，我收獲了很多，