天線(xiàn)設(shè)計(jì)畢業(yè)

1、-畢業(yè)論文天線(xiàn)設(shè)計(jì)論文第1章 緒論1、 緒論1.1課題的研究背景及意義自古至今，通信無(wú)時(shí)無(wú)刻不在影響著人們的生活，小到一次社會(huì)交際中的簡(jiǎn)單對(duì)話(huà)；大到進(jìn)展太空探索時(shí)，人造探測(cè)器與地球間的信息交換?？梢院敛槐４娴卣f(shuō)，離開(kāi)了通信技術(shù)，我們的生活將會(huì)黯然失色。近年來(lái)，隨著光纖技術(shù)越來(lái)越成熟，應(yīng)用圍越來(lái)越廣。在播送電視領(lǐng)域，光纖作為播送電視信號(hào)傳輸?shù)拿襟w，以光纖網(wǎng)絡(luò)為根底的網(wǎng)絡(luò)建立的格局已經(jīng)形成。光纖傳輸系統(tǒng)具有的傳輸頻帶寬，容量大，損耗低，串?dāng)_小，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已成為城市最可靠的數(shù)字電視和數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌?，也是?shí)現(xiàn)直播或兩地傳送最經(jīng)常使用的電視傳送方式。隨著全球通信業(yè)務(wù)的迅速開(kāi)展，作為未來(lái)個(gè)人通信

2、主要手段的現(xiàn)代通信技術(shù)引起了人們的極大關(guān)注，我國(guó)在移動(dòng)通信技術(shù)方面投入了巨大的人力物力，我國(guó)很多地區(qū)的電力通信專(zhuān)用網(wǎng)也根本完成了從主干線(xiàn)向光纖過(guò)度的過(guò)程。目前，電力系統(tǒng)光纖通信網(wǎng)已成為我國(guó)規(guī)模較大，開(kāi)展較為完善的專(zhuān)用通信網(wǎng)，其數(shù)據(jù)、語(yǔ)音，寬帶等業(yè)務(wù)及電力生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)都是由光纖通信承載，電力系統(tǒng)的生產(chǎn)生活，顯然，已離不開(kāi)光纖通信網(wǎng)。無(wú)線(xiàn)通信現(xiàn)狀另一非?；顫姷耐ㄐ偶夹g(shù)當(dāng)屬，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)了。無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)包括了移動(dòng)通信技術(shù)和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN技術(shù)等兩大主要方面。移動(dòng)通信就目前來(lái)講是3G 時(shí)代，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。目前，移動(dòng)通信已從模擬通信開(kāi)展到了數(shù)字移動(dòng)通信階段。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)可以彌補(bǔ)以光

3、纖通信為主的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的缺乏，適用于無(wú)固定場(chǎng)所，或有線(xiàn)局域網(wǎng)架設(shè)受限制的場(chǎng)合，當(dāng)然，同樣也可以作為有線(xiàn)局域網(wǎng)的備用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。WLAN，目前廣泛應(yīng)用IEEE802.11 系列標(biāo)準(zhǔn)。其中，工作于2.4GHZ 頻段的820.11 可支持11Mbps 的共享接入速率；而802.11a 采用5GHZ頻段，速率高達(dá)54Mbps，它比802.11b 快上五倍，并和820.11b兼容。給人們的生活工作帶來(lái)了很大的方便與快捷。在整個(gè)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，用來(lái)輻射或接收無(wú)線(xiàn)電波的裝置成為天線(xiàn)，而通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、播送、電視等無(wú)線(xiàn)電技術(shù)設(shè)備都是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波來(lái)傳遞信息的，均需要有無(wú)線(xiàn)電波的輻射和接收，因此，同發(fā)射機(jī)和接收機(jī)一

4、樣，天線(xiàn)也是無(wú)線(xiàn)電技術(shù)設(shè)備的一個(gè)重要組成局部，其性能的優(yōu)良對(duì)無(wú)線(xiàn)通信工程的成敗起到重要作用。天線(xiàn)的作用首先在于輻射和接收無(wú)線(xiàn)電波，但是能輻射或接收電磁波的東西不一定都能作為天線(xiàn)。任何高頻電路，只要不被完全屏蔽，都可以向周?chē)臻g或多或少地輻射電磁波，或從周?chē)臻g或多或少地接收電磁波，但是任意一個(gè)高頻電路并不一定能用作天線(xiàn)，因?yàn)樗妮椛浠蚪邮招士赡芎艿?，要能夠有效地輻射或接收電磁波，天線(xiàn)在構(gòu)造和形式上必須滿(mǎn)足一定的要求?？焖匍_(kāi)展的移動(dòng)通信系統(tǒng)需要的是小型化、寬頻帶、多功能(多頻段、多極化)、高性能的天線(xiàn)。微帶天線(xiàn)作為天線(xiàn)家祖的重要一員，經(jīng)過(guò)近幾十年的開(kāi)展，已經(jīng)取得了可喜的進(jìn)步，在移動(dòng)終端中采用置

5、微帶天線(xiàn)，不但可以減小天線(xiàn)對(duì)于人體的輻射，還可使手機(jī)的外形設(shè)計(jì)多樣化，因此置微帶天線(xiàn)將是未來(lái)天線(xiàn)技術(shù)的開(kāi)展方向之一，設(shè)計(jì)出具有小型化的微帶天線(xiàn)不但具有一定的理論價(jià)值而且具有重要的應(yīng)用價(jià)值，這也成為當(dāng)前國(guó)際天線(xiàn)界研究的熱點(diǎn)之一。因此，一副實(shí)用且性能良好的天線(xiàn)既要滿(mǎn)足系統(tǒng)易于集成化的要求，同時(shí)也要滿(mǎn)足各個(gè)系統(tǒng)的兼容性、可靠性要求，即為對(duì)天線(xiàn)小型化、寬頻帶、多頻帶的設(shè)計(jì)要求，因此本文主要對(duì)現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的多頻帶、寬帶、超寬帶天線(xiàn)進(jìn)展研究和設(shè)計(jì)。1.2微帶天線(xiàn)的開(kāi)展概述早在1953年G. A. DcDhamps教授就提出利用微帶線(xiàn)的輻射來(lái)制成微帶微波天線(xiàn)的概念。但是，在接下來(lái)的近20年里，對(duì)此只有一

6、些零星的研究。直到1972年，由于微波集成技術(shù)的開(kāi)展和空間技術(shù)對(duì)低剖面天線(xiàn)的迫切需求，芒森(REMunson)和豪威爾(JQHowell)等研究者制成了第一批實(shí)用的微帶天線(xiàn)1。隨之，國(guó)際上展開(kāi)了對(duì)微帶天線(xiàn)的廣泛研究和應(yīng)用。1979年在美國(guó)新墨西哥州大學(xué)舉行了微帶天線(xiàn)的專(zhuān)題目際會(huì)議，1981年IEEE天線(xiàn)與傳播會(huì)刊在1月號(hào)上刊載了微帶天線(xiàn)專(zhuān)輯。至此，微帶天線(xiàn)已形成為天線(xiàn)領(lǐng)域中的一個(gè)專(zhuān)門(mén)分支，兩本微帶天線(xiàn)專(zhuān)輯也相繼問(wèn)世。80年代中，微帶天線(xiàn)無(wú)論在理論與應(yīng)用的深度上和廣度上都獲得了進(jìn)一步的開(kāi)展；今天，這一新型天線(xiàn)已趨于成熟，其應(yīng)用正在與日俱增。微帶天線(xiàn)具有構(gòu)造緊湊、外觀(guān)優(yōu)美、體積小重量輕等優(yōu)點(diǎn)，得到

7、廣泛的應(yīng)用。1.3小型化、多頻帶/寬頻帶天線(xiàn)的研究現(xiàn)狀天線(xiàn)小型化、寬頻帶研究現(xiàn)狀天線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統(tǒng)的一局部，其性能的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有著重要的影響。微帶天線(xiàn)帶寬相對(duì)較窄，通常低于3%，而無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的開(kāi)展，特別是高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及軍用寬帶無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)展，要求天線(xiàn)具有更高的帶寬。同時(shí)在隨著電路集成度的提高，系統(tǒng)對(duì)天線(xiàn)的體積有著更高的要求，尤其是一些軍用和民用的領(lǐng)域，如導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)和手機(jī)等等，物理空間的限制成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的重要因素。此外隨著天線(xiàn)尺寸的減小，天線(xiàn)效率會(huì)顯著降低，帶寬也會(huì)隨之變窄。如何在天線(xiàn)帶寬等性能受尺寸限制的情況下，設(shè)計(jì)出寬帶小型化的微帶天線(xiàn)是近年出現(xiàn)的一個(gè)熱門(mén)課題。

8、當(dāng)然優(yōu)化微帶天線(xiàn)設(shè)計(jì)方法的探討有著重要的意義。多頻帶天線(xiàn)的研究現(xiàn)狀多頻天線(xiàn)主要有多頻振子天線(xiàn)2、多頻縫隙天線(xiàn)3和多頻微帶天線(xiàn)4，多頻振子天線(xiàn)主要通過(guò)添加不同長(zhǎng)度的諧振振子來(lái)實(shí)現(xiàn)多頻帶，多頻縫隙天線(xiàn)主要通過(guò)在輻射單元以及輻射地構(gòu)造上進(jìn)展開(kāi)縫改變電流流向來(lái)實(shí)現(xiàn)多頻化，多頻微帶天線(xiàn)則主要通過(guò)調(diào)節(jié)微帶線(xiàn)的長(zhǎng)度、寬度以及不同微帶線(xiàn)之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)多頻化。隨著1.4論文的主要研究容第2章 微帶天線(xiàn)理論參看寶兒書(shū)第3章 多頻帶天線(xiàn)設(shè)計(jì)3.1天線(xiàn)多頻化實(shí)現(xiàn)技術(shù)3.2基于分形構(gòu)造的多頻微帶天線(xiàn)設(shè)計(jì)三、微帶天線(xiàn)的小型化技術(shù)天線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統(tǒng)的一局部，其性能的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有著重要的影響。微帶天線(xiàn)帶寬相對(duì)較

9、窄，通常低于3%，而無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的開(kāi)展，特別是高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及軍用寬帶無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)展，要求天線(xiàn)具有更高的帶寬。同時(shí)在隨著電路集成度的提高，系統(tǒng)對(duì)天線(xiàn)的體積有著更高的要求，尤其是一些軍用和民用的領(lǐng)域，如導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)和手機(jī)等等，物理空間的限制成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的重要因素。此外隨著天線(xiàn)尺寸的減小，天線(xiàn)效率會(huì)顯著降低，帶寬也會(huì)隨之變窄。如何在天線(xiàn)帶寬等性能受尺寸限制的情況下，設(shè)計(jì)出寬帶小型化的微帶天線(xiàn)是近年出現(xiàn)的一個(gè)熱門(mén)課題。當(dāng)然優(yōu)化微帶天線(xiàn)設(shè)計(jì)方法的探討有著重要的意義。3.1 天線(xiàn)加載在微帶天線(xiàn)上加載短路探針 4，通過(guò)與饋點(diǎn)接近的短路探針在諧振空腔中引入耦合電容以實(shí)現(xiàn)小型化，典型構(gòu)造如圖3.1

10、 所示。其缺點(diǎn)是: (1) 阻抗匹配極依賴(lài)于短路探針的位置及其與饋電點(diǎn)的距離，往往需要饋電點(diǎn)的準(zhǔn)確定位和十分微小的，這給制造公差提出了苛刻要求。(2) 帶寬窄。(3) H 面的穿插極化電平相對(duì)較高。將短路探針替換為低阻抗的切片電阻(chip resistor) ，在進(jìn)一步降低諧振頻率的同時(shí)還可增加帶寬。圖3.1 加載短路探針的微帶天線(xiàn)3.2 采用特殊材料基片從天線(xiàn)諧振頻率關(guān)系式可以知道，諧振頻率與介質(zhì)參數(shù)成反比，因此采用高介電常數(shù)(如瓷材料) 或高磁導(dǎo)率(如磁性材料) 的基片可降低諧振頻率，從而減小天線(xiàn)尺寸。這類(lèi)高介質(zhì)天線(xiàn)的主要缺陷是: (a) 鼓勵(lì)出較強(qiáng)的外表波，外表?yè)p耗較大，使增益減小，效

11、率降低。(b) 帶寬窄。為提高增益，常在天線(xiàn)外表覆蓋介質(zhì)(如圖3.2 所示) 。圖3.2 采用高的多層介質(zhì)微帶天線(xiàn)3.3 外表開(kāi)槽slot5當(dāng)在貼片外表開(kāi)不同形式的槽或細(xì)縫時(shí)(如圖3.3 所示) ，切斷了原先的外表電流路徑，使電流繞槽邊曲折流過(guò)而路徑變長(zhǎng)，在天線(xiàn)等效電路中相當(dāng)于引入了級(jí)聯(lián)電感。由于槽很窄，它可模擬為在貼片中插入一無(wú)限薄的橫向磁壁。選擇適當(dāng)?shù)牟蹚亩刂瀑N片外表電流以鼓勵(lì)相位差90的極化簡(jiǎn)并模，還可形成圓極化輻射，以及實(shí)現(xiàn)雙頻工作。圖3.4 為外表開(kāi)槽的口徑耦合饋電的小型圓極化貼片天線(xiàn)。圖3.3 外表開(kāi)槽的小型化微帶天線(xiàn)圖3.4 小型口徑耦合圓極化微帶這類(lèi)天線(xiàn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，本錢(qián)低廉，加

12、工方便，其特點(diǎn)是:隨槽的長(zhǎng)度增加，天線(xiàn)諧振頻率降低，天線(xiàn)尺寸減小，但尺寸的過(guò)分縮減會(huì)引起性能的急劇劣化，其中帶寬(一般約為1 %) 與增益尤為明顯，而方向性影響不大。如何破除增益和帶寬這兩個(gè)限制，開(kāi)發(fā)實(shí)用化、易調(diào)諧的此類(lèi)天線(xiàn)尚待深入研究。3.4 附加有源網(wǎng)絡(luò)縮小無(wú)源天線(xiàn)的尺寸，會(huì)導(dǎo)致輻射電阻減小，效率降低。可利用有源網(wǎng)絡(luò)的放大作用及阻抗補(bǔ)償技術(shù)彌補(bǔ)由于天線(xiàn)尺寸縮小引起的指標(biāo)下降。有源天線(xiàn)具有以下良好特性: (1) 工作頻帶寬。利用有源網(wǎng)絡(luò)的高輸出阻抗、低輸入阻抗，天線(xiàn)帶寬上下端頻比可達(dá)2030 。(2) 增益高(可達(dá)10dB 以上) ，方向性好。(3) 便于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。(4) 易實(shí)施天線(xiàn)方向

13、圖，包括主波方向、寬度、前后輻射比等的電控。(5) 有源天線(xiàn)陣具有單元間弱互耦的潛在性能。但有源天線(xiàn)需考慮噪聲及非線(xiàn)性失真問(wèn)題。3.5 采用特殊形式這些方法總的思路是使貼片的等效長(zhǎng)度大于其物理長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)小型化目的。近年來(lái)由于無(wú)線(xiàn)通信的需求，有大量方案提出，如蝶形(bow2tie) (如圖3.5所示) 、倒F 型( PIFA ，planar inverted2F antenna)(如圖3.6 所示) 、L 形、E 形、Y 形、雙C 形、層疊短路貼片(stacked shorted patch) 等等。圖3.5 雙頻帶蝶型微帶天線(xiàn)圖3.6 電容加載的倒F型微帶天線(xiàn)PIFA四、完畢語(yǔ)微帶天線(xiàn)由于具

14、有體積小、重量輕、剖面薄、易與飛行器共形、易于加工、易與有源器件和電路集成為單一模塊等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而自其誕生以來(lái)就得到社會(huì)各界的廣泛研究與應(yīng)用。通訊產(chǎn)品越來(lái)越小型化，物理空間的限制成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的重要因素，因此天線(xiàn)的小型化成為天線(xiàn)設(shè)計(jì)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。如何設(shè)計(jì)出具有小型化的微帶天線(xiàn)是當(dāng)前微帶天線(xiàn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)與重點(diǎn)。1. 課題的研究背景及意義從馬可尼橫跨大西洋的無(wú)線(xiàn)電通信創(chuàng)舉，到今天千百萬(wàn)用戶(hù)隨時(shí)隨地暢通無(wú)阻的漫游，從現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)武器使用，到日常生活中便攜式通信設(shè)備普及，射頻無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)取得了舉世矚目的成就，并且越來(lái)越嚴(yán)密的影響和改變著我們的生活。剛剛過(guò)去的十年無(wú)疑是無(wú)線(xiàn)通信爆炸

15、式開(kāi)展和普及的十年，射頻電子技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信快速開(kāi)展的根底。通過(guò)近十年的開(kāi)展來(lái)看，無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)變得更加實(shí)用，隨著通信事業(yè)的飛速開(kāi)展，射頻前端電路的集成度越來(lái)越高，寬帶化要求日益增加，低本錢(qián)、低功耗、小型化、重量輕等設(shè)計(jì)要求越來(lái)越苛刻，因此射頻前端電路與系統(tǒng)寬帶化設(shè)計(jì)顯得十分必要，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。0天線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中的重要部件之一，其主要功能是輻射和接收電磁波1，通信系統(tǒng)中的雷達(dá)、導(dǎo)航、播送、電視等都是通過(guò)電磁波來(lái)傳遞信息的。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速開(kāi)展,基于分形構(gòu)造的多頻微帶天線(xiàn)設(shè)計(jì)1分形天線(xiàn)構(gòu)造多頻天線(xiàn)主要有多頻振子天線(xiàn)2、多頻縫隙天線(xiàn)3和多頻微帶天線(xiàn)4，這些多頻天線(xiàn)輻

16、射構(gòu)造之間相互獨(dú)立，沒(méi)有特定變化規(guī)律，而分形幾何構(gòu)造獨(dú)有空間填充性和自相似性的特點(diǎn)，在多頻微帶天線(xiàn)的設(shè)計(jì)中可實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)多頻化、小型化的目的4。目前采用分形構(gòu)造來(lái)實(shí)現(xiàn)多頻工作的有Sierpinski三角形分形5、寄生分形6、方形分形7、樹(shù)狀分形8構(gòu)造等，它們通過(guò)改變分形次數(shù)而不引入有耗加載量，具有的規(guī)律性構(gòu)造使得小型化天線(xiàn)設(shè)計(jì)得到了簡(jiǎn)化天線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中的重要部件之一，其主要功能是輻射和接收電磁波1，通信系統(tǒng)中的雷達(dá)、導(dǎo)航、播送、電視等都是通過(guò)電磁波來(lái)傳遞信息的。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速開(kāi)展,小型化、多功能成為人們對(duì)各種手持設(shè)備的不斷追求，這就需要一個(gè)終端設(shè)備能夠同時(shí)在多個(gè)頻段工作。2G通話(huà)頻段GS

17、M1800、世界公開(kāi)使用的無(wú)線(xiàn)頻段ISM2.4GHz和用于無(wú)線(xiàn)通信的城域網(wǎng)頻段WiMA*是小型多功能手持設(shè)備工作的重要頻段，因此設(shè)計(jì)出能覆蓋上述頻段的天線(xiàn)具有實(shí)際意義.本文擬采用Sierpinski分形構(gòu)造，利用加載諧振和匹配枝節(jié)的方法，設(shè)計(jì)一款應(yīng)用于GSM18001710MHz1850MHz、ISM2.4GHz和WiMA* (3.3GHz3.6GHz)的全向輻射微帶天線(xiàn)。1 設(shè)計(jì)原理Sierpinski分形有Sierpinski三角和Sierpinski毯兩種，其中Sierpinski三角的形式多樣，應(yīng)用較為廣泛9。Sierpinski三角形天線(xiàn)進(jìn)展分形之前,其初始元會(huì)在低頻處產(chǎn)生一個(gè)諧振點(diǎn)

18、,隨著天線(xiàn)分形構(gòu)造迭代次數(shù)的不斷增加,天線(xiàn)的生成元不斷減小,而天線(xiàn)將保持原有的諧振點(diǎn)不變并在高頻處增加新的諧振點(diǎn),諧振點(diǎn)的個(gè)數(shù)與分形的迭代次數(shù)相等,并且在各諧振頻點(diǎn)天線(xiàn)都具有相似的輻射性能。Sierpinski三角形分形單元如圖1所示。圖1Sierpinski三角形分形單元Sierpinski三角形分形構(gòu)造具有多頻特性，且各個(gè)諧振頻點(diǎn)成比例。比例系數(shù)可通過(guò)改變墊片的形狀來(lái)調(diào)節(jié)，但不能無(wú)限次分形，其存在的截?cái)嘈?yīng)將導(dǎo)致第一諧振點(diǎn)與其它諧振點(diǎn)不滿(mǎn)足諧振頻率91比例關(guān)系。其中，為空氣中的光速，為迭代前三角形的高度，為天線(xiàn)的縮放因子。假設(shè)通過(guò)加載枝節(jié)的方法進(jìn)展調(diào)節(jié)，則可以解決僅采用Sierpinski

19、三角形分形構(gòu)造時(shí)頻點(diǎn)位置難以調(diào)節(jié)和不能無(wú)限次分形實(shí)現(xiàn)多頻化的問(wèn)題。加載的微帶枝節(jié)長(zhǎng)度和寬度的表示式分別為10(2)(3)其中，為相對(duì)介電常數(shù)，為有效介電常數(shù)，其計(jì)算式為104為等效長(zhǎng)度，由式5計(jì)算1052 天線(xiàn)設(shè)計(jì)2.1天線(xiàn)模型設(shè)計(jì)該天線(xiàn)基于Sierpinski分形構(gòu)造，采用兩次三角形分形分別產(chǎn)生1.7GHz和3.5GHz兩個(gè)諧振點(diǎn)，參加短諧振枝節(jié)產(chǎn)生2.4GHz的諧振點(diǎn)，參加長(zhǎng)匹配枝節(jié)調(diào)節(jié)低頻1.7GHz諧振點(diǎn)后移至1.8GHz處，克制了低頻諧振點(diǎn)因參加短諧振枝節(jié)以及耦合的影響出現(xiàn)前移的問(wèn)題，反面采用2.3mm寬的反射參考地構(gòu)造，保證天線(xiàn)各處輻射大小相等，實(shí)現(xiàn)全向輻射。設(shè)計(jì)天線(xiàn)模型如圖2所示

20、。(a)正面(b)反面圖2 天線(xiàn)模型2.2 模型參數(shù)設(shè)計(jì)采用聚四氟乙烯材料為介質(zhì)基板，介電常數(shù)為3.5，基板尺寸為53.6mm*46.7mm*1mm。由式1可以計(jì)算求得Sierpinski三角形分形輻射貼片的尺寸如下。初始Sierpinski分形單元高度：=46.7mm初始Sierpinski分形單元寬度：Want=53.6mm第兩次分形后分形單元的長(zhǎng)度：L1=17.1mm，L2=16.1mm, L3=25.7mm，L4=12mm第兩次分形后分形單元的寬度：W1=28.6mm，W2=12.5mm由微帶貼片理論公式2、3計(jì)算參加短諧振枝節(jié)的尺寸如下。短諧振枝節(jié)長(zhǎng)度：L5=24.9mm短諧振枝節(jié)寬

21、度：W4=1mm通過(guò)1/4波長(zhǎng)阻抗轉(zhuǎn)換，參加長(zhǎng)匹配枝節(jié)的長(zhǎng)度為：L6=34.6mm。由于受介質(zhì)均勻性、軟件本身存在的仿真誤差等影響，實(shí)際優(yōu)化長(zhǎng)度與理想計(jì)算長(zhǎng)度會(huì)稍有偏差，最終設(shè)計(jì)天線(xiàn)以實(shí)際優(yōu)化長(zhǎng)度為主。3 仿真優(yōu)化與結(jié)果分析利用三維電磁仿真軟件Ansoft HFSS15.0對(duì)天線(xiàn)構(gòu)造、參數(shù)和輻射方向性進(jìn)展仿真分析，仿真結(jié)果分別如圖3、圖4圖5和圖6所示。圖3為只有分形構(gòu)造和在分形構(gòu)造上分別加載短諧振枝節(jié)、長(zhǎng)匹配枝節(jié)時(shí)天線(xiàn)諧振點(diǎn)和回波損耗的比照。圖3參加不同枝節(jié)的天線(xiàn)回波損耗由圖3可知，當(dāng)僅采用Sierpinski分形構(gòu)造時(shí)，產(chǎn)生低頻1.7GHz和高頻3.5GHz兩個(gè)諧振點(diǎn)；參加短諧振枝節(jié)，可產(chǎn)

22、生1.65GHz、2.4GHz、3.5GHz 3個(gè)諧振點(diǎn)，與未加枝節(jié)時(shí)相比，低頻1.7GHz諧振點(diǎn)的位置發(fā)生前移，但產(chǎn)生了新的諧振點(diǎn)；參加長(zhǎng)匹配枝節(jié)，產(chǎn)生1.8GHz、3.5GHz兩個(gè)諧振點(diǎn)，與參加短枝節(jié)相比，低頻諧振點(diǎn)則向后移動(dòng)，頻點(diǎn)位置有所改善，但并沒(méi)有產(chǎn)生更多的諧振點(diǎn)，因此，綜合考慮參加短諧振枝節(jié)和長(zhǎng)匹配枝節(jié)對(duì)頻點(diǎn)位置的影響，假設(shè)同時(shí)參加長(zhǎng)短枝節(jié)則可以實(shí)現(xiàn)該天線(xiàn)多頻化、小型化的設(shè)計(jì)。圖4為不同的耦合距離對(duì)天線(xiàn)諧振點(diǎn)和回波損耗的影響比照?qǐng)D。圖4耦合間距的優(yōu)化由圖4看出，耦合距離的變化對(duì)天線(xiàn)諧振頻率點(diǎn)位置的影響較小，但對(duì)回波損耗的大小影響較大，綜合考慮3個(gè)頻段的回波損耗，當(dāng)耦合距離S=0.6mm時(shí)，回波損耗在3個(gè)諧振點(diǎn)處均到達(dá)-25dB以下，到達(dá)最優(yōu)。圖5為設(shè)計(jì)天線(xiàn)同時(shí)參加長(zhǎng)短枝天線(xiàn)的諧振頻點(diǎn)和回波損耗的變化圖。圖5有無(wú)似對(duì)稱(chēng)枝節(jié)的天線(xiàn)構(gòu)造仿真回波損耗比照由圖5可以看出，同時(shí)參加長(zhǎng)短枝節(jié)以及耦合后，既增加了2.4GHz諧振頻率，也改善了低頻1.7GHz的頻點(diǎn)位置和高頻諧振處的帶寬。圖6為天線(xiàn)在1.8 GHz、2.4 GHz和3.5 GHz 3個(gè)諧振點(diǎn)的E面、H面輻射方向。(a) 1.8GHz(b) 2.4G