半波偶极子天线设计

微波技术与天线实验报告

3.创建天线的一个臂

将天线的臂命名为yuanzhu，并设置天线的材料为pec，透明度为0.6，位置用La

4.创建天线的另一个臂

将第一个臂进行复制，即可生成第二个臂。Edit--Duplicate--Around Axis，Axis选

6.设置端口激励

将长方形贴片设置为激励端口，半波偶极子的输入阻抗为73.2Ω。

设置完成后进行辐射边界的设置，选中圆柱体后右键选择Assign Boundary--Radiation。

三：求解设置

检查设计的正确性，正确无误后进行下一项。

从图中可以看出，当频率为3.0GHz时，S11的值最小，为-24.07dB。

从圆图中可以看出，在3.0GHz时，天线的归一化阻值为0.8905+0.0449i 2.查看天线的电压驻波比。

从图中可以看出，当频率为2.7GHz-3.3GHz之间，电压驻波比小于2.

3.查看E场的增益图。在Radiation节点设置E平面。此图为电场的切面图。

从此图可以看出增益最大为z轴方向，值为2.44dB。

宽带印刷偶极子天线设计

宽带印刷偶极子天线设计 何庆强何海丹 (中国西南电子技术研究所，成都610036) 摘要：构建了一个宽带印刷偶极子天线，基于等效电路模型进行分析，给出了一套完整的设计计算公式。采用该方法进行设计，可一次成功，不必进行参数扫描和优化。给出的例子所得天线带宽达到54.15%，优于最新的国内外报道。 关键词：偶极子，巴伦，等效电路，宽带 Design of a Broadband Printed Dipole Antenna He Qingqiang He Haidan (Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036) Abstract: A broadband printed dipole antenna is created. Based on the analysis of equivalent circuit model, a perfect designing calculated process is given. Applying the proposed method, the dipole design can be successful once time and doesn’t need parameter tune and optimization. The designed dipole obtains a 54.15% bandwidth and has a better wideband characteristic compared with recent reports. Keywords: Dipole; Balun; Equivalent circuit; Broadband 1 引言 印刷巴伦偶极子天线最早研究起源于1974年[1]。最近几年的研究表明：通过快速的单元模型分析 计算，天线带宽可以达到18%[2]；通过采用V形地平面，天线带宽可以达到33%以上[3]；通过神经网络参数优化，天线的带宽可以达到40%[4]；采用等效电路优化结合周期性加载原理，印刷偶极子天线的带宽可以达到47.8%[5]。 在这篇文章里，我们基于等效电路模型进行分析，计算出了偶极子天线的物理参数尺寸。采用该方法进行设计，可一次成功，无须参数优化，所得天线的带宽可达54.15%，优于文献[1-5]给出的设计结果。2 等效电路模型分析与设计 图1给出了偶极子天线的几何结构及其参数。图中实线部分为天线结构示意图，该天线印刷在厚度为h，介电常数为 r ε的介质板上。印刷振子辐射臂长为L t，宽为L w；振子的下底长为L H，宽为L d。在振子的中间，刻有一纵向长槽，长为L ab，宽为S w。该天线采用标准的50欧SMA馈电。

1半波偶极子

附录: 3D模型 0.00 — ■1O.DO — -5O.DO — -SOOO 750 AY 尸曲 1 nrsauesigni 回波损耗（S11）

15D — Curve hla l*imc X￥ nd300 1.010 F『eq[G 冏 电压驻波比（VSWR ） 130 50 50 200 40 15030 170 020 0G 2 00 180 0 -20 50 ■ 90 110 120^ 16%^0 90 80 Loo o uo Curve info — 5(1,1) Setup 1 ; Swe&p Name Freq Ang Mag RX ml 3 006052 7423 _G ------- 0D1D6 1.0123 +0 0171i] Smith圆图

输入阻抗 Nam亡 Curve Info ---- dB(GainTotal) Setupl : LastAdaptive FreqPSHM Phi=T>deg? -180 增益方向图 Theta 90 0000 Ang 90 0000 Mag 2.4102

43Sle+000 4562e+000 34?6e+000 2309C+000 3130e+001 7022e+001 0913e：+001 4804C+001 8696e+001 2587e+001 647Se+001 03?0e+0Sl 4261e+001 8152e+001 2044e+001 5935e+001 9E27e+001 三维增益方向图

半波偶极子天线 一、实验目的 1.熟练使用HFSS软件。 2.掌握半波偶极子天线的原理。 二、实验原理 此次设计为一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线，天线沿z轴放置，天线材质使用理想导体，总长度为0.48入，半径为入/200.天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为 0.24mm,辐射边界和天线的距离为入/4.模型图如下： 1.电流分布 对于从中心馈电的偶极子天线，其两端为开路，故电流为零。假设将偶极子天线沿z轴放置，其中心位于坐标原点，则长度为I的偶极子天线的电流分布可以表示为： /（左）=/o sini（； - - I W ￡ W 2 I o是波腹电流；k是波数，且k=2 n/入；I是偶极子天线一个臂的长度。对于半波偶极 子天线而言，长度1=入/4。将参数代入上式可得半波偶极子天线的电流分布为： /（z） = /泸in（彳一归）=/O cos（kz） 下图为分析模型图： 申）讹） 0 日山 2.辐射场和方向图 已知半波偶极子天线上的电流分布，可以利用叠加原理来计算半波偶极子天线的辐射场。经计算得半波偶极子天线的辐射场为：

多元折合振子天线

多元折合振子天线 半波振子天线和折合振子天线的增益低,波瓣宽,前方和后方具有相同的接收能力,所以它们只适用于信号强,干扰小的地方,当接收点离电视台较远,信号较弱或信号较强但干扰较大反射波影响 较严重时,就要采用多元高增益定向天线了,这就是多元振子天线,又叫八木天线,在有源振子的后面加上反射器,前面加上引向器,就构成多元振子天线,引向振子,反射振子与有源振子加起来的数目就是天线的单元数. 多元振子天线的后方波瓣消失,前方灵敏度大大提高,原理如下: 1.反射器对前方P点和后方Q点来的信号的作用 右图中的有源振子工作在谐振状态, 其阻抗为纯电阻,反射器则用长度比有振子长5%-15%,而呈现感性.设反射器与有源振子相距λ/4,从天线前方的P点来的电磁波先到达有源振子,并使之产生感应电势e1,感应电流I1.电磁波再经过λ /4的途经才到达反射器,并使之产生感应电势e2和感应电流I2.由于反射器与有源振子在空上相差λ/4的路程,所以e2比e1落后90°,而I2又由于反射器呈现感性而比e2落后90°,故I2比e1落后180°,反射 器电流I2产生的辐射场到达有源振子形成的磁场H2又比I2落后90°,即H2比e1落后270°.根据电磁感应定律,H2在有源振子里产生的感应电势e1-2比H2落后90°,结果e1-2比e1落后360°,也就是说反射器 在有源振子所产生的感应电势e1-2和原振子的感应电势e1是同相的,天线输出电压是等于e1与e1-2之和,可见反射器使天线接收前主信号的灵敏度提高了,根据类似的推导可知:反射器对后方Q点来的信号 有抵消输出的作用. 2.引向器的作用 引向器比有源振子短5%-10%,其阻抗呈电容性,假设引向器与有源振子间的距离也是λ/4,用同样的方法可以推导出下述结论:引向器对前方来的信号起着增强天线输出信号作用. 综上所述,反射器起着消除天线方向图后瓣的作用,反射器和引向器都具增强天线前方灵敏度的作用.

半波偶极子天线的HFSS仿真设计

天线原理与设计华中科技大学 半波偶极子天线的HFSS仿真设计 一、实验目的 1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉HFSS软件的使用方法； 2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法； 3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图 特性等； 4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法； 二、实验仪器 1、装有windows系统的PC一台 2、HFSS13.0软件 3、截图软件 三、实验原理 1、首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。 图1 对称振子对称结构及坐标 2、对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为a，长度为l。两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=2l。对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。 3、在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为： 式中，Im为天线上波腹点的电流；k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心点对称；超过半波长就会出现反相电流。 4、在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。

图2 对称振子辐射场的计算 如图2 所示，电流元I(z)所产生的辐射场为 其中 5、方向函数 四、实验步骤 1、设计变量 设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。 提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化 2、创建偶极子天线模型，即圆柱形的天线模型。 其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。 3、设置端口激励 半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面。 4、设置辐射边界条件 要在HFSS中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。这里创建一个沿Z轴放置的圆柱模型，材质为空气。把圆柱体的表面设置为辐射边界条件。 5、外加激励求解设置 分析的半波偶极子天线的中心频率在3G Hz，同时添加2.5 G Hz ~3.5 G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。

半波偶极子天线毕业设计开题报告

毕业设计开题报告 半波偶极子天线设计 学院： 班级： 学生姓名： 指导教师： 职称： 2012 年11月19日

开题报告填写要求 1．开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期完成，经指导教师签署意见、专家组及学院教学院长审查后生效； 2．开题报告必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3．毕业设计开题报告应包括以下内容： （1）研究的目的； （2）主要研究内容； （3）课题的准备情况及进度计划； （4）参考文献。 4．开题报告的撰写应符合科技文献规范，且不少于2000字；参考文献应不少于15篇，包括中外文科技期刊、教科书、专著等。 5．开题报告正文字体采用宋体小四号，1.5倍行距。附页为A4纸型，左边距3cm，右边距2cm，上下边距为2.5cm，字体采用宋体小四号，1.5倍行距。 6．“课题性质”一栏： 理工类：A..理论研究B.工程设计C..软件开发D. 应用研究E.其它经管文教类：A.理论研究B.应用研究C.实证研究D.艺术创作E.其它 “课题来源”一栏： A.科研立项 B.社会生产实践 C.教师自拟 D.学生自选 “成果形式”一栏： A.论文 B.设计说明书 C.实物 D.软件 E.作品

毕业设计开题报告

附页： 一、研究的目的： Radio frequency identification(RFID)技术是一种利用射频技术实现的非接触式自动识别技术,近年来,RFID技术飞速发展并逐渐成为自动物体识别应用中的主要技术[1]。现今有很多种RFID天线类型,如偶极子天线、分形天线、环形槽天线和微带贴片天线等[2]。这里着重研究RFID技术中的半波偶极子天线，它的结构是由一个简易的偶极子天线由两段同样粗细、长度相等的直导线构成,在中间两个端点之间进行馈电。由于它结构简单,广泛应用于通信、雷达和探测等各种无线电设备中,适用于短波、超短波,甚至微波。它既可作为简单的天线单独使用,又可作为天线阵的单元或面天线的馈源[3-4]。半波偶极子天线的长度是半个波长,它的结构如图1所示。由于半波偶极子是基本的线天线,很多天线都是在半波振子的基础上设计的。这里介绍半波偶极天线及其主要研究内容。 图1 半波偶极子天线结构 二、主要研究内容： 1对天线基础的研究 包括电磁辐射及原理、电基本振子的辐射场、天线的性能参数（方向图、辐射强度、方向性系数、效率、增益、输入阻抗、天线的极化等）、对称天线辐射等。 2对天线模型的尺寸和结构的研究 3对HFSS v10软件的研究 本设计使用HFSS v10软件对半波偶极子天线进行仿真设计，设计流程如图3所示，设计流程中的各个步骤的功能分述如下。 (1)设置求解类型。使用HFSS进行天线设计时，可以选择模式驱动（driven modal）求解类型或者终端驱动（driven terminal）求解类型。 (2)创建天线的结构模型。根据天线的初始尺寸和结构，在HFSS模型窗口中创建出天线的HFSS参数化设计模型。 (3)设置边界条件。在半波偶极子天线的设计中，我使用辐射边界条件，为了模拟

半波对称振子与馈线的匹配

半波对称振子与馈线的匹配 一般的接收设备(如电视机)其输入特性阻抗 为75Ω(不平衡式)或300Ω平衡式,半波对称振子 的输出是:阻抗为75Ω平衡式,如与300Ω平衡电缆连接则只需考虑阻抗匹配就可以了,我们可利用传输线上距终端λ/4奇数倍 处的等效阻抗等于传输线特性阻抗的平方除以终端负载这一特殊性质来进行 阻抗匹配,这一特性的数学表达式Zin=Z0*Z0/ZL,式中Z0是传输线(匹配电缆)的特性阻抗,Zin为天线的输出阻抗,ZL为负载(接收设备的输入阻抗)阻抗,半波对称振子与300Ω平行电缆的配接计算如下:先按上式计算出所需电缆 的特性阻抗,也即要实现半波对称振子与300Ω平行电缆的配接它们之间必须要插入一条λ/4长,特性阻抗为150Ω的平行电缆,为此,我们利用两条λ/4长的300Ω平行电缆并联即可,接法如图x。思维稿 半波折合振子 折合振子天线在实际使用中,馈电振子一般都是采用折合振子的形式,其主要目的是增加天线的带宽,折合振子的结构形成如图jk所示,这种天线的频带特性可以这样来证明:折合振子作为一偶极天线来说,可看作是两个λ/4的短路线相串联,对于谐振频率波长L=λ/4,偶极天线与短路线都没有电抗成分,当加到折合振子上高频电流的频率在一定范围变化时,出现以下2种情况:当频率高于谐振频率时,相当于L>λ/4,偶极天线近似长于λ/4的短路线,其电抗是感性,而此时短路线的电抗是容性,当频率低于谐振频率时,相当于L<λ/4,偶极天线近似于λ/4的开路线,其电抗是容性,而此时短线上的电抗又是感性;故当工作频率了生偏移时,在一定频率范围内,折合振子上呈现的感抗与容抗可以互相补偿,使天线在较宽的频率范围内其阻抗特性的变化不大,这就是折合振子具有较宽频带的原理。 由于折合振子两平行导体具有相位相同,大小相等的电流(即I1=I2)所以其辐射电流为 I=I1+I2=2I1,其辐射功率为P=I*I*Rr=(2I1)*（2I1）*Rr(Rr为半波振子的输入阻抗)在折合振子的馈电端的输入功率P =4*I1*I1*Rr= (Rin是折合振子的输入阻抗)由于在馈电端输入的电流实际上为I, 所I=I1,所以Rin=4Rr=4×73.1=300Ω这里我们得到了折合振子输入阻抗是300Ω.是对称半波振子输入阻抗的4倍。为了解决与75Ω同轴电缆与天线振子的联接,采用长度为λ/2的同轴线做成的相位,阻抗变换装置,即常叫的U形环,可以解决以上两个问题.U形环的结构图jk2如下所示. 从图可知,馈电时B点电流经过U形环后,与A点的电流相位差为π(180度),U形环的外导体组成了λ/4的短路线, 使得在A,B点上的阻抗为无穷大,因而外导体上的电流就不会由内表壁流向外表壁到地了,并且U形环还起到了阻抗变换的作用,如果在同轴线芯线上的输入电流为I1,输入电压为V1,则天线两振子上的输入电流分别为I1,而同轴线外导体是接地的,所以A,B两点各自对地的电压都是V1,且A,B两点电压为反相,故此A,B两点间的电压为VA+VB=2V1,在馈电点呈现的阻抗为:R==4V1/I1即采用U形环后,使馈线与天线接触点的阻抗提高了四倍,若采用特性阻抗为75Ω的同轴线馈电,则在馈电点的阻抗为75Ω×4=300Ω,与折合折子能达到较好的匹配.思维稿

印刷偶极子天线FSS仿真研究报告

印刷偶极子天线设计及振子长度对天线特性影响的研究 温州大学 愚 公 2012年10月20日 一、 所用仪器 1、装有windows XP系统的PC一台 2、HFSS10.0仿真软件 二、 操作步骤 1、设计变量 设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。 定义对称偶极子天线的基本参数并初始化，如下表。 2、创建印刷偶极子天线模型如图。其中另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。过程 省略。

3、设置端口激励 印刷偶极子天线由中心位置馈电。 4、设置辐射边界条件 要在HFSS中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。这里创建一个长方体设置为辐射边界条件。 5、外加激励求解设置 设计的印刷偶极子天线的中心频率在2.45G Hz，同时添加2.0G Hz ~3.0G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。 三、 实验结果 1、回波损耗S11 回波损耗回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射，是天线设计需要关注的参数之一。HFSS10.0的设置方法与HSFF13有较大区别，具体步骤 如下面三个图所示：

其余各项结果的输出基本类似。以下不再赘述。

图中所示是在2G Hz ~3 G Hz频段内的回波损耗，设计的印刷偶极子天线中心频率约为2.45G Hz。 2、电压驻波比VSWR 电压驻波比VSWR,是指驻波的电压峰值与电压谷值之比。 由图可以看到在2.45GHz附近时，电压驻波比约为1.1，说明此处接近行波，传输特性比较理想。 3、smith圆图 史密斯圆图是一种计算阻抗、反射系数等参量的简便图解方法。采用双线性变换，

CST-偶极子相控阵天线的仿真及优化

实验报告 学生：学号：指导教师： 实验地点：实验时间： 一、实验室名称： 二、实验项目名称：微波工程CAD实验 三、实验学时：20 四、实验原理： CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。 本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。 五、实验目的： 了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。 六、实验容： 第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率围，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。

第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率围优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L 是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。 七、实验器材（设备、元器件）： 台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。 八、实验步骤： 第一题：偶极子相控阵天线的仿真 a.单个偶极子天线模型 单个偶极子天线方向图

偶极子天线特征研究

微波偶集极子 ——偶极子天线特性研究 原理 能有效辐射或接收空间波动的装置被称为天线。天线的种类很多，描写天线电性能的参数也很多，其中一个重要参数就是方向性。对于不同的使用目的，对方向性的要求是不同的。天线的方向性一般指的是辐射或接收的能量与空间坐标的关系。通过建立边界条件解麦克斯韦方程，我们可以得有关天线辐射场的特性。但这是一个很复杂的问题，有兴趣的同学可以参考有关天线理论的书籍。这里我们通过实验来研究天线的指向性。 天线的形式 1．对称振子：由两根同样线径、同样长度的直导线构成。其半径为a ，线长为l 。这种天线广泛用于各种无线通讯设备中。 2a 忽略辐射引起的衰减和振子的粗细，对称振子的归一化方向函数可表示为： θ θβθβθsin )() cos()cos cos()(max f l l f ?= 式中β是相位因子β=2π/λ。下标max 表示是方向函数在最大方向上的最大函数值。下面给出了臂长l 与波长λ为不同值时方向函数图形。 0.20.40.60.81.00 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 0.00.20.40.60.81.0 图 1 l/λ=0.25时的方向函数 0.250.50 0.751.000 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 0.000.25 0.500.751.00 图 2 l/λ=0.5时的方向函数 0.00 0.250.50 0.751.000 30 60 90 120150 180210240 270 300 330 0.250.50 0.751.00 图 4 l/λ=1时的方向函数 0.25 0.500.75 1.000 30 60 90 120 150180 210 240 270 300 330 0.000.25 0.500.751.00 图 3 l/λ=0.75时的方向函数

天线原理与设计习题集

天线原理与设计习题集 第一章 天线的方向图 1．如图1为一元天线，电流矩为Idz ，其矢量磁位表 示为A r j 0r 4Idz ?βπμ?=e z A ，试求解元天线的远区辐射电磁场。 ?θH E ,2．已知球面波函数r e r j /βψ?=，试证其满足波动方程： 022=+?ψβψ 3．如图2所示为两副长度为λ=A 2的对称线天线，其上的电流分别为均匀分布和三角形分布，试采用元天线辐射场的叠加原理，导出两天线的远区辐射场，方向图函数?θH E ,),(?θf 和归一化方向图函数),(?θF ，并分别画出它们在yoz 平面和xoy 平面内的方向图的示意图。 4．有一对称振子长度为，其上电流分布为：A 2|)|(sin )(z I z I m ?=A β试导出： (1) 远区辐射场; ?θH E ,(2) 方向图函数),(?θf ； (3) 半波天线(2/2λ=A )的归一化方向图函数),(?θF ，并分别画出其E 面 和H 面内的方向图示意图。 (4) 若对称振子沿y 轴放置，导出其远区场表达式和E 面、H 面方向图 函数。 H E , 5．有一长度为2/λ=A 的直导线，其上电流分布为，试求该天线的 方向图函数z j e I z I β?=0)(),(?θF ，并画出其极坐标图。 6．利用方向性系数的计算公式: ∫∫ = ππ ? θθ?θπ 20 2 sin ),(4d d F D 计算：(1) 元天线的方向性系数； (2) 归一化方向图函数为 ???≤≤≤≤=其它,0 0,2/,csc ),(0 0??πθθθ?θF 的天线方向性系数。

(3) 归一化方向图函数为： ?? ?≤≤≤≤=其它,0 20,2/0,cos ),(π ?πθθ?θn F n=1和2时的天线方向性系数。 7．如图3所示为二元半波振子阵，两单元的馈电电流关系为/212j I I e π=，要求导出二元阵的方向图函数),(?θT f ，并画出E 面(yz 平面)和H 面(xy 平面)方向图。 8．有三付对称半波振子平行排列在一直线上,相邻振子 间距为d ，如图4所示。 (1) 若各振子上的电流幅度相等，相位分别为 ββ,0,?时，求xy 面、yz 面和H 面方向图函数。 (2) 若4/λ=d ，各振子电流幅度关系为1:2:1，相位 关系为2/,0,2/ππ?时，试画出三元阵的E 面和H 面方向图。 9. 由四个元天线组成的方阵，其排列如图5所示。每个单元到阵中心的距离为8/3λ，各单元的馈电幅度相等，单元1和2同相，单元3和4同相但与1和2反相。试导出该四元阵的方向图函数及阵因子，并草绘该阵列xoy 平面内的方向图。 10. 设地面为无限大理想导电平面。图6所示为由等幅同相馈电的半波振子组成的水平和垂直二元阵，试求其 E 面方向图函数，要求： (1) 对图(a)求出xz 面和yz 面方向图函数，并画出xz 面的方向图； (2) 对图(b) 求出xz 面、yz 面 和xy 面方向图函数，并画出这三个面内的方向图；。 11．一半波对称振子水平架设在理想导电平面上，架设高度为。试分别画出h 0.25,0.5h λλ=两种情况下的E 面和H 面方向图，并比较所得结果。 12．由长为4/λ=A 的单极天线组成的八元天线阵如图7所示，各单元垂直于地

天线基本知识解析

天线基本知识 1.1 天线的作用与地位 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。 天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。 对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的： 按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。 1.2 对称振子 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。 两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子, 见图1.2 a 。 另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子, 见图1.2 b 。

1.3 天线方向性的讨论 1.3.1 天线方向性 发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图（图1.3.1 a）。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，图1.3.1 b 与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图 1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。 1.3.2 天线方向性增强

实验三_半波偶极子

实验三 半波偶极子 一、【实验目的】 1. 以一个简单的半波偶极子天线设计为例，熟悉HFSS 软件分析和设计天线的基本方法及具体操作； 2. 利用HFSS 软件仿真设计了解半波振子天线的结构和工作原理； 3. 通过仿真设计掌握天线的重要指标：回波损耗S11、3D 方向图 二、【实验仪器】 计算机一台、HFSS 软件 三、【实验内容】 1、对半波偶极子进行HFSS 建模 2、仿真计算其特性参数 四、【实验原理】 半波偶极子是工程中常用的一种经典天线，其全长为半个波长。 五、【实验步骤】 本次实验设计一个中心频率为915 MHz 的半波偶极子天线。根据f c /=λ可以计算出915MHz 在真空中对应的波长是328mm ，所以真空中放置的半波偶极子天线的长度为半个波长即164mm 。故天线的初始尺寸设置如下图所示，两侧82mm 长的矩形条为半波偶极子的两个臂，中间3mm*3mm 的矩形面用于模拟RFID 芯片。 1、初始步骤 （1）打开HFSS ，新建一个项目，将project 重命名为较规则的名字，如dipole 。 （2）设置求解类型：点击菜单栏HFSS/SolutionType ，在跳出窗口中选择Driven Modal ，再点击OK 按钮。

（3）为建立的模型设置单位：点击菜单栏3D Modeler/Units，在跳出窗口中选择mm，再点击OK按钮。 2、设计建模 1）创建偶极子天线模型 首先创建一个沿Y轴方向放置的矩形条作为偶极子天线的一个臂，矩形条线宽为3mm，长度为82mm。并将其改为铜黄色。 画好后，使用（视图旋转功能）、（放缩到合适大小）和（拖曳放缩）等功能按钮，将矩形面调整到合适的视图。 然后选中刚才画好的上臂，并利用（绕着坐标轴复制）操作生成偶极子天线的另一个臂。 由于天线是金属材质，需将矩形条设置为理想导体，选中两个矩形条，右键→assign boundary→Perfect E。 2）、设置端口激励 半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于XY平面的矩形面作为激励端口平面，并设置端口平面的激励方式为集总端口激励。该矩形面需要把偶极子天线的两个臂连接起来，长度和宽度均为3mm。 然后设置该矩形面的激励方式为集总端口激励：选中刚刚绘制好的矩形面，右键→assign e xcitation→lumped port，端口阻抗设置为50欧姆。单击None，在其下拉菜单中选择new line，进入设置积分线的状态，分别在矩形面的上下边缘的中点位置（鼠标在边缘移动至中点时会变成三角形）单击鼠标确定积分线的起点和终点。设置好积分线后自动回到“端口设置”对话框，此时None变成Defined。 随后进行端口积分线的设置。此处积分线为矩形下边缘中点到矩形上边缘中点。 3）、设置辐射边界条件 要在仿真软件中计算分析天线的辐射场，必须先设置辐射边界条件。本次设计中采用辐射边界和天线的距离为1/4个工作波长。 这里，我们创建一个长方体，X方向长度为2*82mm，Y方向长度为2*100mm，Z 方向长度为2*82mm。并让其关于原点中心对称。 为了不让空气盒子遮蔽其中的天线，将空气盒子设置为0.9的透明度，并将其材质为设置为air（空气）。

J型折合半波天线的制作

笔者前不久自制了一架J型折合半波天线，使用效果非常理想，现将该天线的制作介绍如下。 这是一种垂直极化的全向天线。只要按相应波长选取天线尺寸，即可用于高频式超高频波段。由于这种天线的低仰角辐射特性好，对于主要依靠低仰角传播进行的通信，它的实际辐射效率要比一般的地网天线高出50%。这种天线的物理长度不超过3/4波长，对于较高频段，可算是一种小巧的天线。在天线的底座附近，通过一段J型匹配短截线进行馈电，可以克服由于馈线与天线的相互作用带来的许多问题。天线的馈电阻抗约为50 Ω。 一般地网天线的增益要比半波偶极天线高3dB。通常，所用的5/8波长地网天线也有较高的增益，但J型折合半波天线比这两种天线有更高的辐射效率。它的全辐射角几乎与地面平行，最大辐射仰角正好处在移动通信所需的仰角位置。 J型折合半波天线实际上是一种垂直架设的端馈式折合偶极天线。天线上电压和电流的分压见图1，天线下部的1/4波长匹配短截线，使天线的输入阻抗可以低到只有50 Ω。在短截线的另一端，向天线部分馈电的阻抗却很高，这正好满足了半波天线端点高阻输入的要求，从而解决了匹配的问题。和所有折合振子一样，在天线两臂上的电流同相，而在短截线上反相，所以在短截线上不向外辐射能量，有助于降低天线主辐射仰角。只要匹配好，可使电压驻波比低于1.5，甚至可以达到1。该天线可在固定台站使用，也可在移动台站使用。 这种天线可以用直径6～9mm的铝管制作，两平行单元之间的间隔要求并不严格，偏差不超过6mm便可。馈电点处必须用塑料盒封装(防水)，折叠式辐射单元的折回部分与匹配短截线短截臂的顶部之间，必须有良好的绝缘。 如何找准馈电点是天线设计的一个重要问题，可将馈电点在天线管上上下移动，测得电压驻波比最小的点便是馈电点，然后将馈线焊好，图2中给出了笔者做的一副145MHz天线的设计数据，这种天线室内室外都可使用，但要尽量避开其他导体。

史上超详细的天线知识

天线，是我们生活中很常见的一种通讯设备。但是，大部分人其实对它并不了解，可能只知道它是收发信号的。 本文面向零基础读者，专业或非专业人士，皆可阅读，绝对通俗易懂，干货满满。 废话不多说，直入正题！ 话说，自从1894年老毛子科学家波波夫成功发明了天线之后，这玩意迄今已有124年的历史（数了3遍，应该没错）。 波波夫和他的发明 在这漫长的历史长河之中，它对人类社会发展和进步做出了卓绝的贡献。 二战中屡立奇功的英国雷达天线 如今，不管是老百姓日常工作生活，还是科学家进行科研探索，都离不开天线君的默默奉献。 天线究竟是一根什么样的“线”，为什么会如此彻底地改变我们的生活？ 其实，天线之所以牛逼，就是因为电磁波牛逼。 电磁波之所以牛逼，一个主要原因就是，它是唯一能够不依赖任何介质进行传播的“神秘力量”。即使在真空中，它也能来去自如，而且转瞬即至。 电磁波效果图 电磁波传播示意图

想要充分利用这股“神秘力量”，你就需要天线。 在无线电设备中，天线就是用来辐射和接收无线电波的装置。 天线的英文名：Antenna（也有触须、直觉之意） 再通俗点，天线就是一个“转换器”——把传输线上传播的导行波，变换成在自由空间中传播的电磁波，或者进行相反的变换。 天线的作用 什么叫导行波？ 简单来说，导行波就是一种电线上的电磁波。 天线是怎么实现导行波和空间波之间转换的呢？ 看下图： 中学物理学过，两根平行导线，有交变电流时，就会形成电磁波辐射。 两根导线很近时，辐射很微弱（导线电流方向相反，产生的感应电动势几乎抵消）。 两根导线张开，辐射就会增强（导线电流方向相同，产生的感应电动势方向相同）。 当导线的长度增大到波长的1/4时，就能形成较为的辐射效果！ 有了电场，就有了磁场，有了磁场，就有了电场，如此循环，就有了电磁场和电磁波。。。 电生磁，磁生电

实验五对称振子天线的设计与仿真

实验五对称振子天线的设计与仿真 、实验目的 1. 设计一个对称振子天线 2. 查看并分析该对称振子天线的反射系数及远场增益方向 、实验设备 装有HFSS 软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 1、电流分布 对于从中心馈电的偶极子，其两端开路，故电流为零。工程上通常将其电流分布近似为正弦分布。 假设天线沿z 轴放置，其中心坐标位于坐标原点，如图所示，则长度为l 的偶极子天线的电流分布为：I(z)=Imsink(l-|z|) ，其中Im是波腹电流，k波数。对半波偶极子而言l= λ/4. 则半波偶极子的电流分布，可以写成：I(z)=Imsin (π/2 -kz ) =Imcos ( kz )。 首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。 2、辐射场和方向图 已知半波偶极子天线上的电流分布，可以利用叠加原理来计算半波偶极子天线的辐射场。 式中，

称为半波偶极子的方向性函数。 3、方向系数： 对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为，长度为I 。两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=21。对称振子的 长度与波长相比拟，本身己可以构成实用天线。在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布，忽略振子损耗。根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心店对称; 超过半波长就会出现反相电流。在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z) ，长度为dz 的电流元件串联而成。利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。 四、实验内容 利用HFSS软件设计一个近似理想导体平面的UHF 对称振子天线。 中心频率为，采用同轴线馈电，并考虑平衡馈电的巴伦结构。最后得到反射系数和二维辐射远场仿真结果。 五、实验步骤 . 建立新工程 了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options 中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。 2. 将求解类型设置为激励求解类型： （1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type 。 （2）在弹出的Solution Type 窗口中 （a）选择Driven Modal 。 （b）点击OK按钮。 3. 设置模型单位 （1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。 （2）在设置单位窗口中选择：in 。

半波偶极子实验报告

邢台学院 实验报告 课程名称电磁波与天线技术 实验项目 2 偶极子和单极子天线设计授课教师 专业班级 实验时间 学号 学生姓名 系部数学与信息技术学院2015～2016学年度第1学期

●实验学时：4 ●实验目的及要求： 1、掌握偶极子和单极子天线的几个基本参数； 2、使用HFSS设计半波偶极子天线。 3、使用HFSS设计单极子天线。 ●实验环境： 1、Windows操作系统 2、PC连接到Internet 实验容及步骤： 1、新建设计工程。 2、添加和定义设计变量。 3、设计建模。 4、求解设置。 5、设计检查和运行仿真计算。 6、HFSS天线问题的数据后处理。 ●实验结果及体会： 1、建立工程 菜单Project->Insert HFSS Design 2、设置求解模式 菜单HFSS->Solution Type->天线为Driven Modal 3、设置模型尺寸长度单位

菜单Modeler->Units->mm->OK 单位一般设置为毫米mm。 4、添加和定义设计变量。 5、设计建模 1）创建一个沿z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一个臂2）通过沿着坐标轴复制，生成偶极子天线的另一个臂。 3)设置端口激励。 4)设置边界条件。

6、求解设置。 7、设计检查和运行仿真计算。 8、HFSS天线问题的数据后处理

1）S11扫频分析： 2）电压驻波比： 3）Smith圆图查看归一化输入阻抗： 4）输入阻抗： m1： m2：

5）方向图： 6）三维方向图： 体会：通过仿真软件对半波偶极子设计仿真，得到符合要求的半波偶极子天线。通过仿真得到了天线的回波损耗，电压驻波比，3D方向增益图等参数。从结果可以看出，当工作波长为100mm时，半波偶极子的谐振点在3Ghz

半波对称振子

半波对称振子与馈线的匹配回主页 一般的接收设备(如电视机)其输入特性阻抗为 75Ω(不平衡式)或300Ω平衡式,半波对称振子的输 出是:阻抗为75Ω平衡式,如与300Ω平衡电缆连接则只需考虑阻抗匹配就可以了,我们可利用传输线上距终端λ/4奇数倍处的等效 阻抗等于传输线特性阻抗的平方除以终端负载这一特殊性质来进行阻抗匹配, 这一特性的数学表达式 Zin=Z0*Z0/ZL,式中Z0是传输线(匹配电缆)的特性阻抗,Zin为天线的输出阻抗,ZL为负载(接收设备的输入阻抗)阻抗,半波对称振子与300Ω平行电缆的配接计算如下:先按上式计算出所需电缆的特性阻抗 ,也即要实现半波对称振子与300Ω平行电缆的配接它们之间必须要插入一条λ/4长,特性阻抗为150Ω的平行电缆,为此,我们利用两条λ/4长的300Ω平行电缆并联即可,接法如图x。思维稿 半波折合振子 折合振子天线在实际使用中,馈电振子一般都是采用折合振子的形式,其主要目的是增加天线的带宽,折合振子的结构形成如图jk所示,这种天线的频带特性可以这样来证明:折合振子作为一偶极天线来说,可看作是两个λ/4的短路线相串联,对于谐振频率波长L=λ/4,偶极天线与短路线都没有电抗成分,当加到折合振子上高频电流的频率在一定范围变化时,出现以下2种情况:当频率高于谐振频率时,相当于L>λ/4,偶极天线近似长于λ/4的短路线,其电抗是感性,而此时短路线的电抗是容性,当频率低于谐振频率时,相当于L<λ/4,偶极天线近似于λ/4的开路线,其电抗是容性,而此时短线上的电抗又是感性;故当工作频率了生偏移时,在一定频率范围内,折合振子上呈现的感抗与容抗可以互相补偿,使天线在较宽的频率范围内其阻抗特性的变化不大,这就是折合振子具有较宽频带的原理。 由于折合振子两平行导体具有相位相同,大小相等的电流(即I1=I2)所以其辐射电流为I=I1+I2=2I1,其辐射功率为P=I*I*Rr=(2I1)*（2I1）*Rr(Rr为半波振子的输入阻抗)在折合振子的馈电端的输入功率P =4*I1*I1*Rr= (Rin是折合振子的输入阻抗)由于在馈电端输入的电流实际上为I, 所I=I1,所以Rin=4Rr=4×73.1=300Ω这里我们得到了折合振子输入阻抗是300Ω.是对称半波振子输入阻抗的4倍。为了解决与75Ω同轴电缆与天线振子的联接,采用长度为λ/2的同轴线做成的相位,阻抗变换装置,即常叫的U形环,可以解决以上两个问题.U形环的结构图jk2如下所示. 从图可知,馈电时B点电流经过U形环后,与A点的电流相位差为π(180度),U形环的外导体组成了λ/4的短路线, 使得在A,B点上的阻抗为无穷大,因而外导体上的电流就不会由内表壁流向外表壁到地了,并且U形环还起到了阻抗变换的作用,如果在同轴线芯线上的输入电流为I1,输入电压为V1,则天线两振子上的输入电流分别为I1,而同轴线外导体是接地的,所以A,B两点各自对地的电压都是V1,且A,B两点电压为反相,故此A,B两点间的电压为V A+VB=2V1,在馈电点呈现的阻抗为:R==4V1/I1即采用U形环后,使馈线与天线接触点的阻抗提高了四倍,若采用特性阻抗为75Ω的同轴线馈电,则在馈电点的阻抗为75Ω×4=300Ω,与折合折子能达到较好的匹配.思维稿 多元折合振子天线 半波振子天线和折合振子天线的增益低,波瓣宽,前方和后方具有相同的接收能力,所以它们只适用于信号强,干扰小的地方,当接收点离电视台较远,信号较弱或信号较强但干扰较大反射波

半波偶极子天线设计

天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education 毕业设计 专业： 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二○一三年六月

天津职业技术师范大学本科生毕业设计 半波偶极子天线设计 The Design of the Half Wave Dipole Antenna 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 系别： 2013年6月

摘要 近年来,Radio frequency identification(RFID)技术飞速发展并逐渐成为自动物体 识别应用中的主要技术[1].现今有很多种RFID天线类型,如偶极子天线、分形天线、环形槽天线和微带贴片天线等[2].这里着重研究RFID技术中的半波偶极子天线，即是对称振子天线，最常用的是半波振子，偶极子天线是研究天线的基础，具有很多特性，比如辐射特性阻抗特性，波长缩短效应，谐振特性等，它既可作为简单的天线单独使用,又可作为天线阵的单元或面天线的馈源[3-4].所以深入了解半波偶极子天线的设计理论与优化技术是非常重要的.传统的天线设计方法是由设计师根据天线的分析理论以及自己的经验通过编程进行数值计算的方法来确定天线的各参数，这样做不仅花费了大量的时间和精力，而且费用昂贵.本设计采用现代计算机为基础，使用High Frequency Structure Simulator（HFSS）三维电磁仿真软件对半波偶极子天线进行设计及仿真、优化分析方法可以节省时间和精力，设计出符合要求的天线. 论文从课题研究的背景和目的出发，介绍了半波偶极子天线的基本知识、设计原理.随后从设计和实现角度出发，针对半波偶极子天线提出了优化设计方案，并加以仿真并验证.最后依照仿真数据进行实物设计制作并验证其性能. 关键词：3GHz；天线；HFSS10；偶极子天线