2017畢業(yè)論文-小型化雙頻微帶天線的特性研究

1、<p>　　泉 州 師 范 學(xué) 院</p><p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）</b></p><p>　　題 目 小型化雙頻微帶天線的特性研究</p><p>　　物理與信息工程學(xué) 院電子信息科學(xué)與技術(shù)專 業(yè) 07 級 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué) 號 070303030

2、</p><p>　　指導(dǎo)教師 職 稱 副教授 </p><p>　　完成日期 2011年4月 </p><p><b>　　教務(wù)處 制</b></p><p>　　小型化雙頻微帶天線的特性研究</p>&

3、lt;p>　　物理與信息工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) </p><p>　　指導(dǎo)教師　 副教授</p><p>　　摘要：為了減少通信之間的干擾，且為了天線能同時滿足多個通信系統(tǒng)要求，天線需在不同的頻段下工作，本文通過研究兩個背對的“C”的微帶天線的特性，它主要采用了曲流技術(shù)增大電流的路徑和雙振模式實現(xiàn)天線的小型化，通過HFSS軟件來仿真模型，改變微帶天線的各個參數(shù)的尺寸來

4、研究微帶天線在2.4G和5.8G時性能的變化情況。 關(guān)鍵詞：微帶天線；雙頻；HFSS</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言3</b></p><p>　　第一章 雙頻微帶天線的結(jié)構(gòu)4</p><p>　　第二章 天線的仿真及測試結(jié)果分析5</p&

5、gt;<p>　　2.1天線的反射損耗圖5</p><p>　　2.2天線的場強方向圖8</p><p>　　2.3天線的電流分布圖9</p><p>　　第三章 天線的敏感性分析10</p><p>　　3.1 L對S11的影響11</p><p>　　3.1.1 L1對S11的影響11&

6、lt;/p><p>　　3.1.2 L2對S11的影響12</p><p>　　3.1.3 L3對S11的影響12</p><p>　　3.1.4 L4對S11的影響12</p><p>　　3.2 S對S11的影響14</p><p>　　3.2.1 S1對S11的影響14</p>&l

7、t;p>　　3.2.2 S2對S11的影響14</p><p>　　3.2.3 S3對S11的影響15</p><p>　　3.2.4 S4對S11的影響15</p><p>　　3.3 Lf對S11的影響16</p><p>　　3.4 Wf對S11的影響17</p><p>　　第四章 天線的

8、靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計17</p><p>　　4.1 L的靈敏度分析18</p><p>　　4.1.1 L1的靈敏度分析18</p><p>　　4.1.2 L2的靈敏度分析19</p><p>　　4.1.3 L3的靈敏度分析20</p><p>　　4.1.4 L4的靈敏度分析21</

9、p><p>　　4.2 S的靈敏度分析22</p><p>　　4.2.1 S1的靈敏度分析22</p><p>　　4.2.2 S2的靈敏度分析23</p><p>　　4.2.3 S3的靈敏度分析24</p><p>　　4.2.4 S4的靈敏度分析25</p><p>　　

10、4.3 Wf的靈敏度分析26</p><p>　　4.4 天線的優(yōu)化結(jié)果及分析27</p><p>　　第五章 結(jié)束語32</p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　英文摘

11、要34</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　微帶天線是20世紀70年代研究成功的一種新型天線，它是由介質(zhì)基片，另一側(cè)為平面幾何形狀的導(dǎo)體貼片和基片另一面上的接地板構(gòu)成。</p><p>　　它體積小、重量輕、剝面薄，容易實現(xiàn)雙頻段，雙極化，便于獲得圓極化，平面結(jié)構(gòu)，與微波毫米波無源電路有源電路以及

12、集成電路的兼容性好等優(yōu)點[1]。</p><p>　　但隨著無線通信的不斷發(fā)展，使得通信系統(tǒng)不斷的更新和擴容，在要求天線能在寬頻的條件下工作同時能夠滿足多個系統(tǒng)的通信要求，所以研究多頻帶微帶天線的特性已經(jīng)成為迫切的課題。</p><p>　　就目前而言雙頻化技術(shù)主要有：在矩形的輻射邊附近刻蝕縫隙；帶有短路針和縫隙的矩形貼片；采用多層貼片；inclined縫隙耦合的矩形貼片；采用單一饋電、單

13、層結(jié)構(gòu)的雙頻技術(shù)。</p><p>　　本文設(shè)計的是一種小型化的雙頻微帶天線，其中心頻率是2.4G和5.8G，2.4G頻段是全球免費使用的ISM頻段，藍牙、802.11b和Zigbee都工作在2.4G頻段，為了不會使多技術(shù)在該頻段造成的干擾，特別在802.11a中增加了5.8G頻段，所以同時工作在2.4G和5.8G頻段的雙頻天線是非常有意義的[2]。通過HFSS軟件對其進行仿真來改變雙頻微帶天線的結(jié)構(gòu)尺寸觀察雙頻

14、微帶天線的S參數(shù)變化情況得出雙頻微帶天線的最佳尺寸。</p><p>　　第一章 雙頻微帶天線的結(jié)構(gòu)</p><p>　　雙頻天線的仿真及其平面結(jié)構(gòu)如圖1所示，（1）為天線的平面圖，微帶天線主要有三部分組成，其中黑色的表示微帶饋線和天線的輻射單元，在介質(zhì)板的同一側(cè)，位于介質(zhì)板的下方的灰色部分為微帶天線的接地板。（2）為其仿真結(jié)構(gòu)，微帶天線的輻射單元由50ohm的微帶線饋電，同軸線與微帶線之

15、間是通過SAM連接器連接的，由圖可知雙頻微帶天線是對稱結(jié)構(gòu)的，經(jīng)過仿真效果得出我們把介質(zhì)基片用的是環(huán)氧玻璃布層壓絕緣板FR4-epoxy，它的節(jié)電常數(shù)是4.4，厚度是1.6mm，接地板的大小為Wg x Lg，接地板并沒有完全覆蓋整個微帶天線，微帶線的尺寸為Lf x Wf。輻射貼片由兩個對稱的形如背對的“C”行的臂組成，兩個“C”行通過放置在中間的短線連接，天線是在空氣中應(yīng)用的所以仿真模型加了空氣腔以模擬微帶天線的真實工作環(huán)境，雙頻微帶天

16、線是通過采用曲流技術(shù)，增大電流的路徑，從而實現(xiàn)天線的小型化[3]。</p><p><b>　?。?）示意圖</b></p><p><b>　?。?）仿真圖</b></p><p><b>　　圖1微帶天線結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　第二章 天線的仿真及測試結(jié)果分析&

17、lt;/p><p>　　利用仿真軟件Ansoft HFSS 對雙頻微帶天線進行仿真，先把各個參數(shù)的尺寸設(shè)為如下：Lg=20mm,Wg=9.8mm，Lf=10.2mm，Wf=0.8mm，L1=3.2m，S1=0.6mm，L2=11mm，S2=1.2mm，L3=5.2mm,S3=31.2mm，L4=2.8mm,S4=0.8mm。</p><p>　　2.1天線的反射損耗圖</p>&

18、lt;p>　　天線的反射損耗曲線如圖2所示，也即為S11的曲線圖，由圖可知在低頻段2.4GHz附近，有較小的反射損耗，其工作范圍是2.32GHz～2.70GHz，在低頻段的絕對帶寬為390MHz，其中心頻率為2.515GHz，其相對帶寬為15.5%。在高頻段有反射損耗小于-10dB，其工作頻率范圍為5.389GHz～5.792GHz，其絕對帶寬為403MHz,中心頻率為5.591GHz，相對帶寬為7.21%。</p>

19、<p>　　圖2 天線的反射損耗</p><p>　　a（1）2.4G時的E面場強方向圖</p><p>　　a(2)2.4G時的三維場強方向圖</p><p>　　b(1)5.8G時的E面場強方向圖</p><p>　　b(2)5.8G時的三維場強方向圖</p><p>　　圖3雙頻天線的三維場強圖及其

20、E面場強方向圖</p><p>　　2.2天線的場強方向圖</p><p>　　天線的場強方向圖如圖3所示，方向圖是指與天線等距離處，天線輻射場大小在空間中的相對分布隨方向變化的圖形。由圖a（1）可知在低頻段即在2.4GHz附近時在θ=-20°是其最大輻射方向，且并沒有副瓣產(chǎn)生說明參加輻射的輻射元多，圖a(2)是其在2.4G時的三維場強方向圖，由圖可以清楚的看出場強大小在空間中各

21、個方向的分布情況，也可以清楚的看出它是一個球狀輻射。在高頻段5.8GHz附近上時E面場強方向圖出現(xiàn)了副瓣的情況，但是仍有一定的方向性，由圖可知它的最大輻射方向也在θ=-20°左右，這說明在這兩個頻段上在場強的輻射都比較好方向也較集中，圖b（2）也可清楚的看出場強的分布情況。</p><p>　　a 2.4GHz時天線的電流分布</p><p>　　b 5.8GHz時天線的電流

22、分布</p><p>　　圖4 天線的電流分布</p><p>　　2.3天線的電流分布圖</p><p>　　圖4所示為電流在2.4GHz和5.8GHz頻率點時的電流分布圖。由圖a知電流在2.4G頻率點上整個貼片的分布都較大，在臂上都有較大的電流流過，在雙臂的中心點和微帶線處流過的電流更大幾乎是在雙臂上的兩倍。電流的路徑約為2.4G時的1/4波長。在5.8G頻率

23、點時電流在臂上的分布較少，從圖中可以看出電流主要分布在連接線處和微帶線處，電流的路徑也約為5.8G時的1/4波長。</p><p>　　第三章 天線的敏感性分析</p><p>　　圖5和圖6都是各個參數(shù)變化時對天線反射損耗S11的影響，每個參數(shù)影響S11時都是只改變一個參數(shù)的值而其他參數(shù)都保持不變。</p><p>　　圖5-1 L1對S11的影響</p&g

24、t;<p>　　圖5-2 L2對S11的影響</p><p>　　圖5-3 L3對S11的影響</p><p>　　圖5-4 L4對S11的影響</p><p>　　3.1 L對S11的影響</p><p>　　3.1.1 L1對S11的影響</p><p>　　圖5-1所示為L1變化時對反射損耗S11

25、影響的曲線圖，由圖可知L1對反射損耗有著明顯的影響，對工作頻率的影響不是很大，觀察圖形可知當L1變大時低頻段的反射損耗變大，而高頻段的反射損耗反而變小，為了使天線能夠達到最優(yōu)化，以及能夠使得在兩個頻段有較小的反射損耗，綜合考慮我們先取L1=2.8mm。</p><p>　　3.1.2 L2對S11的影響</p><p>　　圖5-2所示為L2變化時對反射損耗S11影響的曲線圖，由圖可知L

26、2對反射損耗有著明顯的影響，對工作頻率幾乎是沒有影響的，觀察圖形可知當L2變大時低頻段的反射損耗越來越小，而在高頻段L2變大時反射損耗卻越來越大，但在L2在10.6mm、10.8mm、11mm時幾乎重合說明這三個數(shù)值在高頻段對反射損耗幾乎沒有影響。為了使天線能夠達到最優(yōu)化，以及能夠使得在兩個頻段有較小的反射損耗，綜合考慮我們先取L2=11mm。</p><p>　　3.1.3 L3對S11的影響</p&g

27、t;<p>　　圖5-3所示為L3變化時對反射損耗S11影響的曲線圖，由圖可知L3對反射損耗有著明顯的影響，在低頻段對工作頻率沒有影響的，隨著L3的變大反射損耗變小，而在高頻段整體上是隨著L3的變大反射損耗也跟著變大，在L3=4.6mm時損耗曲線有較大的變化說明L3在該值時天線的性能變得很不理想，在設(shè)計和制作天線時我們應(yīng)排除L3=4.6mm的情況，而在L3在5mm、5.2mm時在高頻段他們的衰減是一樣的但在低頻段不一樣，為

28、了使天線能夠達到最優(yōu)化，以及能夠使得在兩個頻段有較小的反射損耗，綜合考慮我們先取L3=5.2mm。</p><p>　　3.1.4 L4對S11的影響</p><p>　　圖5-4所示為L4變化時對反射損耗S11影響的曲線圖，由圖可知L4對反射損耗有著明顯的影響，無論在低頻段還是在高頻段對工作頻率都是沒有影響的，在低頻段隨著L4的變大反射損耗越來越小，而在高頻段隨著L4的變大反射損耗也越

29、來越大，為了能夠達到較好的性能要求以及能夠使得在兩個頻段有較小的反射損耗，綜合考慮我們先取L4=2.6mm。</p><p>　　圖6-1 S1對S11的影響</p><p>　　圖6-2 S2對S11的影響</p><p>　　圖6-3 S3對S11的影響</p><p>　　圖6-4 S4對S11的影響</p><p&

30、gt;　　3.2 S對S11的影響</p><p>　　3.2.1 S1對S11的影響</p><p>　　圖6-1所示為S1變化時對反射損耗S11影響的曲線圖，由圖可知S1對在高頻段和低頻段的工作頻率都是沒有影響的，在低頻段隨著S1的變大反射損耗越來越大，而在高頻段隨著S1的變大反射損耗卻越來越來小，，為了能夠達到較好的性能要求以及能夠使得在兩個頻段有較小的反射損耗，綜合考慮我們先取

31、S1=0.4mm。</p><p>　　3.2.2 S2對S11的影響</p><p>　　圖6-2所示為S2變化時對反射損耗S11影響的曲線圖，由圖可知S2對在高頻段和低頻段的工作頻率都是沒有影響的，在低頻段隨著S2的變大反射損耗越來越大，同時在高頻段隨著S2的變大反射損耗也越來越來大，但在S2=0.8mm、1.2mm時他們的損耗曲線重合說明S2在這兩個值時對反射損耗是一樣的，從圖中我

32、們得知在高頻段的反射損耗都是較小的，最小的為-22dB左右而在高頻段反射損耗都相對較大，最小的為-5dB左右，為了能使天線在這兩個頻率點有較好的反射損耗同時為了能夠達到較好的性能要求，綜合考慮我們先取S2=0.8mm。</p><p>　　3.2.3 S3對S11的影響</p><p>　　圖6-3所示為S3變化時對反射損耗S11影響的曲線圖，由圖可知在一定范圍內(nèi)S3對在高頻段和低頻段的工

33、作頻率都是沒有影響的，在低頻段隨著S3的變大反射損耗越來越小，同時在高頻段隨著S3的變大反射損耗也越來越來大，在低頻段當S3=0.6mm時反射損耗發(fā)生了劇烈的變化，天線的損耗很大，同樣在高頻段S3=0.8mm時的反射損耗也發(fā)生了劇烈的變化，天線的損耗相對其他的尺寸都比較大。所以在設(shè)計天線和工藝制造時都應(yīng)避免這兩個尺寸的大小，為了能使天線在這兩個頻率點有較好的反射損耗同時為了能夠達到較好的性能要求，綜合考慮我們先取S3=1.6mm。<

34、;/p><p>　　3.2.4 S4對S11的影響</p><p>　　圖6-4所示為S4變化時對反射損耗S11影響的曲線圖，由圖可知在一定范圍內(nèi)S4在低頻段的工作頻率都是沒有影響的，在低頻段隨著S4的變大反射損耗越來越小，但在S4=0.2mm時反射損耗發(fā)生了很大的變化，反射損耗變得很大，在高頻段隨著S4的變化不僅影響了反射損耗也影響了工作頻率，在S4=0.4mm、0.6mm、0.8mm、1m

35、m時他們不影響工作頻率，在這幾個數(shù)值間S4越大天線的反射損耗也越大，在S4為1.2mm時頻率點向左移動使工作頻率偏小，同時反射損耗也增大，在S4為1.4mm時在高頻段出現(xiàn)了兩個頻率點，一個偏大，另一個偏小，但反射損耗都是很大的，S4為0.2mm時頻率點向右偏移使工作頻率變大但反射損耗也很大，所以在模型設(shè)計和工業(yè)制作時都應(yīng)避免這幾個尺寸的大小，它會造成天線的性能大幅度下降，為了能使天線在這兩個頻率點有較好的反射損耗同時為了能夠達到較好的性

36、能要求，綜合考慮我們先取S4=0.8mm。</p><p>　　圖7是微帶線的尺寸Wf和Lf改變時對天線的反射損耗的影響，在改變尺寸時同樣也只改變其中一個尺寸大小而另一個尺寸不變。</p><p>　　圖7-1 Lf對S11的影響</p><p>　　圖7-2 Wf對S11的影響</p><p>　　3.3 Lf對S11的影響</p&

37、gt;<p>　　圖7-1所示為Lf變化時對反射損耗S11影響的曲線圖，由圖可知在一定范圍內(nèi)Lf在低頻段的工作頻率都是沒有影響的，在低頻段隨著Lf的變大反射損耗越來越大，在高頻段隨著Lf的增大反射損耗卻越來越小，在Lf=9.8mm時天線的反射損耗發(fā)生了較激烈的變化，不僅對工作頻率有影響，反射損耗也發(fā)生了較大的變化，在建模設(shè)計與工業(yè)制作時應(yīng)避免這一值的出現(xiàn)，為了能使天線在這兩個頻率點有較好的反射損耗同時為了能夠達到較好的性能

38、要求，綜合考慮我們先取Lf=10.2mm。</p><p>　　3.4 Wf對S11的影響</p><p>　　圖7-1所示為Wf變化時對反射損耗S11影響的曲線圖，由圖可知在一定范圍內(nèi)Wf無論在低頻段還是高頻段它的改變對工作頻率都是沒有影響的，在低頻段隨著Wf的變大，反射損耗越來越小，在高頻段先是隨著Wf的變大反射損耗卻越來越小，但在Wf=1.2mm的反射損耗卻比Wf=1.4mm時的反射

39、損耗要下，說明當Wf的尺寸大小超過1.2mm時雙頻微帶天線的反射損耗開始變大，所以我們在設(shè)計時應(yīng)注意到1.2mm這個分界點，同樣為了能使天線在這兩個頻率點有較好的反射損耗同時為了能夠達到較好的性能要求，綜合考慮我們先取Wf=0.8mm。</p><p>　　第四章 天線的靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計</p><p>　　不同設(shè)計參數(shù)對電磁特性的影響程度是不同的，對于相同的變化量有些參數(shù)對電磁特性

40、的影響比較大，有些則較小，為了衡量各個設(shè)計參數(shù)的變化對電磁特性的影響，引入了靈敏度，它能很好的定量設(shè)計參數(shù)變化對電磁特性的影響程度。它定義為電磁特性/求解結(jié)果的變化與電路參數(shù)變化的比值。</p><p>　　圖8和圖9是L和S的各個參數(shù)靈敏度表，從中可以清楚的知道各個參數(shù)變化時對反射損耗S11影響程度。</p><p>　　圖8-1 2.4G時L1的靈敏度</p><

41、p>　　圖8-2 5.8G時L1的靈敏度</p><p>　　4.1 L的靈敏度分析</p><p>　　4.1.1 L1的靈敏度分析</p><p>　　從上面兩幅圖可知在低頻段時L1在2.7mm~3.4mm時的靈敏度都比較大，隨著L1的變大反射損耗也在增大，而在高頻段在2.7mm~3.1mm時的靈敏度也是比較大的這說明L1可以作為優(yōu)化變量，但在3.1

42、mm~3.4mm時曲線很平坦說明靈敏度比較小，考慮反射損耗應(yīng)盡可能的小，綜合考慮我們?nèi)?.0mm~3.2mm作為下面的優(yōu)化設(shè)計時的優(yōu)化范圍。</p><p>　　圖8-3 2.4G時L2的靈敏度</p><p>　　圖8-4 5.8G時L2的靈敏度</p><p>　　4.1.2 L2的靈敏度分析</p><p>　　從上面兩幅圖可知在

43、低頻段時L2在10.8mm~12mm時的靈敏度都比較高，隨著L2的變大反射損耗卻在減小，在高頻段時當L2在10.8mm~11.2mm時的靈敏度比較低幾乎是平坦的，而在11.2mm~12mm時的靈敏度很大，而且反射損耗出現(xiàn)了很大的變化，反射損耗變得非常小說明L2在這期間對反射損耗的影響是很大的，說明L2可以作為優(yōu)化變量，考慮反射損耗應(yīng)盡可能的小，綜合考慮我們?nèi)?0.9mm~11.1mm作為下面的優(yōu)化設(shè)計時的優(yōu)化范圍。</p>

44、<p>　　圖8-5 2.5G時L3的靈敏度</p><p>　　圖8-6 5.8G時L3的靈敏度</p><p>　　4.1.3 L3的靈敏度分析</p><p>　　從上面兩幅圖可知在低頻段時L3在4.9mm~5.1mm時的靈敏度都比較高，隨著L3的變大反射損耗卻在減小，在5.1mm~5.4mm時的靈敏度不大，在這期間的反射損耗都比較小，在高頻

45、段時與低頻段剛好相反當L3在4.9mm~5.1mm時的靈敏度比較低幾乎是平坦的，而在5.1mm~5.4mm時的靈敏度卻比較大，總的來說L3是可以作為優(yōu)化變量的，考慮反射損耗應(yīng)盡可能的小，綜合考慮我們?nèi)?.1mm~5.35mm作為下面的優(yōu)化設(shè)計時的優(yōu)化范圍。</p><p>　　圖8-7 2.4G時L4的靈敏度</p><p>　　圖8-8 5.8G時L4的靈敏度</p>

46、<p>　　4.1.4 L4的靈敏度分析</p><p>　　由上面的兩幅圖可知在低頻段L4的靈敏度曲線像一個拋物線，L4在2.4mm~3mm的范圍內(nèi)靈敏度都是很高的，只有在2.6mm~2.7mm范圍內(nèi)的靈敏度是相對較小的， L4在2.4mm~2.6mm的范圍內(nèi)隨著L4的增大反射損耗越來越來小，在2.7mm~3.0mm反射損耗越來越大，在高頻段當L4在2.4mm~2.54mm的范圍內(nèi)時反射損耗出現(xiàn)了正

47、的情況，這說明天線沒有把能量輻射出去，完全吸收回去了，這是應(yīng)該避免的，在建模和工藝制作時我們都應(yīng)該避免L4出現(xiàn)在2.4mm~2.54mm，L4在2.54mm~2.7mm 時的反射損耗比較大它隨L4的增大越來越小，在2.7mm~2.9mm時的靈敏度相對較小而且反射損耗也很小，在2.9mm~3mm時靈敏度開始變大，反射損耗隨L4的增大也跟著變大，總體來說L4相對于反射損耗的靈敏度是較大可作為優(yōu)化變量，考慮反射損耗應(yīng)盡可能的小，綜合考慮我們?nèi)?/p>

48、2.65mm~2.75mm作為下面的優(yōu)化設(shè)計時的優(yōu)化范圍。</p><p>　　圖9-1 2.5G時S1的靈敏度</p><p>　　圖9-2 5.8G時S1的靈敏度</p><p>　　4.2 S的靈敏度分析</p><p>　　4.2.1 S1的靈敏度分析</p><p>　　從圖上我們可以清楚的知道在低頻段

49、時的靈敏度相對較大，反射損耗隨著S1的增大也越來越大，只有在0.3mm~0.4mm時的靈敏度較小而且反射損耗也比較小，在高頻段時當S1在0.3mm~0.5mm時的靈敏度較大，反射損耗隨著S1的增大越來越小，當S1在0.3mm~0.6mm時反射損耗較小而且隨著S1的變化反射損耗幾乎沒變靈敏度小，當S1在0.6mm~0.8mm時反射損耗開始隨著S1的變大而變大，整體上來說S1對反射損耗的靈敏度還是較大可作為優(yōu)化變量，考慮反射損耗應(yīng)盡可能的小

50、，綜合考慮我們?nèi)?.4mm~0.55mm作為下面的優(yōu)化設(shè)計時的優(yōu)化范圍。</p><p>　　圖9-3 2.5G時S2的靈敏度</p><p>　　圖9-4 5.8G時S2的靈敏度</p><p>　　4.2.2 S2的靈敏度分析</p><p>　　由上圖可知，在低頻段的靈敏度都是一樣的都比較大，反射損耗隨著S2的增大而越來越大，當S2在

51、0.6mm~1. 25mm時反射損耗都在0dB以下，當S2大于1. 25mm時反射損耗大于零，與前面的情況一樣，這說明天線沒有把能量輻射出去，完全吸收回去了，這是應(yīng)該避免的，在建模和工藝制作時我們都應(yīng)該避免S2出現(xiàn)大于1. 25mm的情況，在高頻段S2的靈敏度曲線是個拋物線，S2在0.6mm~0.9mm時反射損耗隨S2的變大而變大卻靈敏度不大，在0.9mm~1.6mm時反射損耗隨S2的變大而變小但靈敏度卻較大，整體上來說S2對反射損耗的

52、靈敏度還是較大可作為優(yōu)化變量，考慮反射損耗應(yīng)盡可能的小，綜合考慮我們?nèi)?.,7 mm~0.9mm作為下面的優(yōu)化設(shè)計時的優(yōu)化范圍。</p><p>　　圖9-5 2.5G時S3的靈敏度</p><p>　　圖9-6 5.8G時S3的靈敏度</p><p>　　4.2.3 S3的靈敏度分析</p><p>　　由以上兩圖可知，在低頻段和高頻段靈

53、敏度曲線都是拋物線，在低頻段當S3在1.0mm~1.4mm時的靈敏度比較大，反射損耗隨著S3的增大而越來越小，在1.4mm~1.8mm時的靈敏度很小，在這個范圍內(nèi)天線的反射損耗也相對較小，S3的尺寸大小對反射損耗影響不大，在高頻段當S3在1.0mm~1.2mm內(nèi)變化時，反射損耗隨著S3的變大越來越大但靈敏度不大，當S3在1.2mm~1.8mm變化時反射損耗隨著S3的變大越來越小而且在這一范圍內(nèi)的反射損耗很大，整體上來說S3對反射損耗的靈

54、敏度還是較大可作為優(yōu)化變量，考慮反射損耗應(yīng)盡可能的小，綜合考慮我們?nèi)?.2 mm~1.4mm作為下面的優(yōu)化設(shè)計時的優(yōu)化范圍。</p><p>　　圖9-7 2.4G時S4的靈敏度</p><p>　　圖9-8 5.8G時S4的靈敏度</p><p>　　4.2.4 S4的靈敏度分析</p><p>　　從上面圖形可知，在低頻段S4在0.6m

55、m~1.0mm范圍內(nèi)變化時整體的靈敏度都不高，而且反射損耗也比較大，在高頻段時的靈敏度曲線是條拋物線，當S4在0.6mm~0.8mm的靈敏度較大，在這個范圍內(nèi)反射損耗隨著S4的變大而變小，在S4=0.78mm時達到最低點，在0.78mm~1.0mm時反射損耗隨著S4的變大而變大，靈敏度也較大，整體上來說S4對反射損耗的靈敏度還是較大可作為優(yōu)化變量，考慮反射損耗應(yīng)盡可能的小，綜合考慮我們?nèi)?.7 0mm~0.82mm作為下面的優(yōu)化設(shè)計時的

56、優(yōu)化范圍。</p><p>　　圖9-9 2.4G時Wf的靈敏度</p><p>　　圖9-10 5.8G時Wf的靈敏度 </p><p>　　4.3 Wf的靈敏度分析</p><p>　　由上面兩幅圖可以清楚的知道在低頻段時，當Wf在0.7mm~0.9mm變動時它的靈敏度是不大的，但是反射損耗較大基本上是在-3dB~2dB之間，當Wf

57、在0.7mm~1.6mm時靈敏度很大，反射損耗隨Wf的變化很大，它隨Wf的變大而越來越小，在高頻段很明顯，Wf在0.7mm~0.9mm變動時它的靈敏度是不大的，反射損耗在-10dB~-20dB之間，當Wf在1.1mm~1.6mm時反射損耗出現(xiàn)了正的情況，與前面的情況一樣，這說明天線沒有把能量輻射出去，完全吸收回去了，這是應(yīng)該避免的，在建模和工藝制作時我們都應(yīng)該避免Wf大于1.1mm的情況出現(xiàn)，整體上來說Wf對反射損耗的靈敏度還是較大可作

58、為優(yōu)化變量，考慮反射損耗應(yīng)盡可能的小，綜合考慮我們?nèi)?.7 0mm~0.90mm作為下面的優(yōu)化設(shè)計時的優(yōu)化范圍。</p><p>　　4.4 天線的優(yōu)化結(jié)果及分析</p><p>　　以上的仿真操作是為了得出各個參數(shù)變化時對S11參數(shù)的影響程度，即為靈敏度，設(shè)計參數(shù)的靈敏度分析對電路的調(diào)試和優(yōu)化設(shè)計有著重要的意義[4]。靈敏度計算可以在優(yōu)化設(shè)計中確定電路的關(guān)鍵參數(shù)，實踐表明有些最優(yōu)方法當變

59、量增加時收斂速度變慢，有的甚至發(fā)散，這樣會使優(yōu)化毫無結(jié)果[7]。所以在優(yōu)化設(shè)計之前進行靈敏度分析，找出那些對電路特性有較大的影響的關(guān)鍵性設(shè)計參數(shù)，并將他們設(shè)為優(yōu)化變量，這樣不僅能大大減少計算工作量，提高優(yōu)化設(shè)計的效率，同時還能使原來不收斂的優(yōu)化過程得到良好的結(jié)果[9]。</p><p>　　靈敏度的分析不僅能提高優(yōu)化設(shè)計的效率，而且在電路大批量生產(chǎn)時，靈敏度分析在規(guī)定元件參數(shù)和降低生產(chǎn)成本起著極其重要的作用[5]

60、。為了保證電路所有特性不超過規(guī)定的容差，對靈敏度高的元件參數(shù)要選擇小的容差，而對靈敏度低的元件可以放寬容差，同樣在天線設(shè)計時也一樣對靈敏度高的參數(shù)我們也應(yīng)盡量的選擇小的容差，而對靈敏度低的參數(shù)可以放寬容差。這樣既可以保障天線的性能，又避免了因盲目減小參數(shù)容差而導(dǎo)致的加工困難和產(chǎn)品成本的增加[9]。</p><p>　　優(yōu)化設(shè)計是指在HFSS軟件結(jié)合Optimetrics模塊在一定的約束條件下根據(jù)特定的優(yōu)化算法對設(shè)

61、計的某些參數(shù)進行調(diào)整[6]，從所有的可能的設(shè)計變化中尋找出一個滿足設(shè)計要求的值。</p><p>　　我們上面所做的靈敏度分析是為了能確定各個參數(shù)的優(yōu)化范圍從而提高優(yōu)化設(shè)計的的優(yōu)化效率，在上面對各個參數(shù)進行靈敏度分析時我們都已經(jīng)確定了各個參數(shù)優(yōu)化時的范圍[8]。</p><p>　　在優(yōu)化設(shè)計時我們以S11的值作為目標函數(shù)，優(yōu)化算法為非線性順序編程算法，以參數(shù)Wf、L1、L2、L3、L4、

62、S1、S2、S3、S4等作為優(yōu)化變量，在迭代次數(shù)設(shè)為35。經(jīng)過HFSS的優(yōu)化我們得出以下結(jié)果。</p><p>　　圖10-1 2.4G時的優(yōu)化結(jié)果圖</p><p>　　圖10-2 5.8G時的優(yōu)化結(jié)果圖</p><p>　　由以上兩幅圖可知，在低頻段時在各個參數(shù)的一定范圍內(nèi)，反射損耗的主要都集中在-7dB~-6 dB之間，而在高頻段各個參數(shù)尺寸大小對反射損耗

63、的影響變化比較大，最小的為-26.5 dB，最大的為-6.5 dB，從這兩副圖中只能知道各個參數(shù)變化時反射損耗的變化情況，不能知道各個參數(shù)的具體尺寸與反射損耗的關(guān)系，通過表格10-3和表格10-4就能知道各個參數(shù)尺寸大小與反射損耗大小的關(guān)系，由于表格比較大我們放在最后面，表格10-4是在低頻段時的情況，反射損耗的最小值為-7.2429 dB，表格10-3是高頻段的反射損耗最小值為-26.461 dB，從這兩幅表格中我們發(fā)現(xiàn)在低頻段的反射

64、損耗最小值時的各個尺寸的大小與高頻段的反射損耗最小值時的各個尺寸大小是不一樣的，從開始我們就知道在低頻段的反射損耗比高頻段的反射損耗大得多，所以我們在優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)盡量讓低頻段的反射損耗小，從表格10-4我們也知道高頻段反射損耗的最大值為-6.4754 dB，其余的各個參數(shù)的尺寸所對應(yīng)的反射損耗都相對較小，同時為了能使天線的各個性能好，綜合考慮我們最后確定了以下的各個參數(shù)的優(yōu)化尺寸。</p><p>　　L1=3.

65、18mm、L2=11mm、L3=5.3mm、L4=2.7mm、S1=0.5mm、S2=0.8mm、S3=1.37mm、S4=0.8mm、Wf=0.9mm、Lf=10.2mm、Wg=9.8mm、Lg=20mm。用以上各個參數(shù)的尺寸重新建立的雙頻微帶天線模型經(jīng)過仿真得出S11參數(shù)的變化曲線圖。</p><p>　　圖 10-5優(yōu)化后的S11曲線圖</p><p>　　圖10-5與圖2相比在低

66、頻段反射損耗有了明顯的減小，沒優(yōu)化前在低頻段的反射損耗S11的值為-2.816 dB，優(yōu)化后低頻段的反射損耗值為-6.2586 dB，反射損耗有了很大的改善，在高頻段優(yōu)化前的反射損耗值為-15.9662 dB，優(yōu)化后反射損耗的值為-12.807 dB，很明顯在高頻段優(yōu)化前與優(yōu)化后相比反射損耗增大了，但在高頻段的反射損耗仍有-10 dB以下，同時我們也看到整體上各個優(yōu)化的尺寸與優(yōu)化前的尺寸相比有減小，特別是S2有了較大幅度的減小，這在工業(yè)

67、制作中是很重要的，在大批量生產(chǎn)時可以節(jié)省成本提高利潤。</p><p>　　表格10-3 5.8G時各個參數(shù)尺寸大小與S11關(guān)系</p><p>　　表格10-4 2.4G 時各個參數(shù)尺寸大小與S11關(guān)系</p><p><b>　　第五章 結(jié)束語</b></p><p>　　通過參數(shù)靈敏度的分析可以很明顯的知道哪些參

68、數(shù)對天線的某個性能的影響程度，例如本次設(shè)計主要考慮是對S11的影響，這樣會給我們優(yōu)化設(shè)計帶來很大的方面，同時通過對靈敏度的分析也可以指導(dǎo)我們在工業(yè)制作時哪些尺寸的容差可以大些哪些容差應(yīng)該小些，這樣既可以保障天線的性能，又避免了因盲目減小參數(shù)容差而導(dǎo)致的加工困難和產(chǎn)品成本的增加，這些都很重要。通過優(yōu)化分析我們得出了比先前較好的反射損耗，特別是在低頻段有了很大的改善，可見優(yōu)化分析對天線性能的改善的重要性是不言而喻的。</p>

69、<p><b>　　致謝</b></p><p>　　本設(shè)計是在余燕忠導(dǎo)師的細心指導(dǎo)和關(guān)懷下順利完成的，余老師工作嚴謹細致、循循善誘的教導(dǎo)。在設(shè)計的過程中給我們提供了不少良好的建議，他對我們說：遇到小問題要學(xué)會自己想辦法解決，學(xué)會分析問題和解決問題，這也是以后走上社會所必需的能力。這句話我很受用分析問題，解決問題都是我們應(yīng)該學(xué)會的而且是必須學(xué)會的，對此我很感謝余老師，當然還有同學(xué)們

70、的幫助，在遇到困難時我們會在一起討論，正是他們的幫助使我少在這次設(shè)計中少走了很多的彎路，在此我向他們表示衷心的感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 蔡型，張思全。短距離無線通信技術(shù)綜述[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2004(3):65-67.</p><p>　　[2] 傅民倉，馮立杰，李文波。短距離無線網(wǎng)絡(luò)

71、通信技術(shù)及其應(yīng)用[J]，現(xiàn)代電子技術(shù)，2006(11):15-20.</p><p>　　[3] 楊湘，王躍科，喬純捷。藍牙短距離無線通信技術(shù)[J]. 儀器學(xué)報, 2002,23(3):271-272</p><p>　　[4] 李育紅，周正.超寬帶無線通信技術(shù)的新進展[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2005,127(11):20-24</p><p>　　[5] 董楠

72、，程受浩，劉華.超寬帶螺旋天線的仿真設(shè)計[J].制導(dǎo)與引言，2005,26(2):48-51</p><p>　　[6] 宋錚，張建華，黃冶.天線與電波傳播[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[7] 鐘順時.微帶天線理論與應(yīng)用[M] .西安：西安電子科技大學(xué)出版社, 1991(4):67-68.</p><p>　　[8] 曹善勇.

73、磁場分析與應(yīng)用實例[M].北京：中國水利水電出版社，2009(12):70-72.</p><p>　　[9] 李明祥.HFSS應(yīng)用詳解[M].北京：人民郵電出版社，2010(3):127-130.</p><p><b>　　英文摘要</b></p><p>　　Study on characteristics of miniaturizat

74、ion microstrip antennas with dual-frequency</p><p>　　The College of Physics and Information Engineering; </p><p>　　07 class electronics information science and technology 070303030 wengui zou&

75、lt;/p><p>　　faculty adviser yanzhong yu Associate professor </p><p>　　【Abstract】In order to reduce interference between communications, and to make the antenna meet the requirements of multiple

76、 communication system simultaneously, an antenna is requireded to work in different wavebands. The properties of the microstrip antenna with two C-shape is investigated in this paper. The technology of meandering is used

77、 to increase the current path, and dual resonance mode are employed to minimize the dimensions of the antenna. Using HFSS to simulate this antenna, ts perfo</p><p>　　【Key Words】microstrip antenna; dual-frequ