八木天线的设计仿真与测试.pdf

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.16M 资料格式：pdf 举报版权申诉

b1b47a0d-103c-4592-86ad-a197fce5bea1.pdf-第1页.png

第1页 / 共84页

b1b47a0d-103c-4592-86ad-a197fce5bea1.pdf-第2页.png

第2页 / 共84页

b1b47a0d-103c-4592-86ad-a197fce5bea1.pdf-第3页.png

第3页 / 共84页

b1b47a0d-103c-4592-86ad-a197fce5bea1.pdf-第4页.png

第4页 / 共84页

b1b47a0d-103c-4592-86ad-a197fce5bea1.pdf-第5页.png

第5页 / 共84页

b1b47a0d-103c-4592-86ad-a197fce5bea1.pdf-第6页.png

第6页 / 共84页

b1b47a0d-103c-4592-86ad-a197fce5bea1.pdf-第7页.png

第7页 / 共84页

b1b47a0d-103c-4592-86ad-a197fce5bea1.pdf-第8页.png

第8页 / 共84页

封面

文摘

英文文摘

致谢

第一章绪论

1.1概述

1.2研究内容及国内外研究动态

1.3论文内容安排

第二章天线的基本理论

2.1天线的发展和应用概况

2.2天线的基本原理和主要参数

2.2.1天线的基本原理

2.2.2天线主要参数

2.3线天线的馈电

2.4天线方向图的测量

2.5天线的校准

第三章八木天线的分析方法

3.1感应电动势法

3.2行波天线的观点

3.3矩量法与优化算法相结合

3.4现代仿真技术在天线设计中的应用

第四章八木天线的分析设计

4.1八木天线简介

4.2八木天线的原理与设计仿真

4.2.1八木天线的设计要求

4.2.2工作原理

4.2.3天线的优化设计

4.2.4平衡不平衡转换器的设计

4.3天线方向性测量及误差分析

4.4天线驻波比测量及误差分析

4.4.1矢量网络分析仪原理及测试方法

4.4.2八木天线的驻波比分析

4.4.3螺旋天线的驻波比测量

4.5一种新型的八木天线介绍

4.6小结

第五章结论

参考文献

作者简历

独创性声明及学位论文版权使用授权书

北京交通大学硕士学位论文八木天线的设计仿真与测试姓名：常媛媛申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：周克生20061201

北京交通人学顽十学位论文中文摘要中文摘要摘要：天线在现代通信系统中的作用不可或缺，本文的主要内容就是围绕天线展丌。论文的主要内容分两个部分：八木天线的设计和参数测量。本文的第一个主要部分是八木天线的设计仿真，设计基于GSM—R干扰检测定向用天线的要求。要在GsM．R频段的下行885MHz．889MHz频段内和上行930MHz．934MHz频段内有高的方向性系数；方向图主瓣半功率角小于40。，并且副瓣电平足够低(<．9dm；阻抗带宽要覆盖885．934MHz的频带，驻波比小于1．5；另外，也要使其满足移动检测的便携式要求。八木天线有很多分析方法，本文主要介绍了感应电动势法、行波天线的观点、矩量法与优化算法相结合的方法及现代仿真技术应用于天线设计方法。本文八木天线的分析与设计包括天线部分的设计和平衡不平衡转换结构的设计。通过理论分析和基于矩量法的仿真软件FEKO和基于有限元法的HFsS设计仿真，得到符合要求的八木天线。通过仿真得到了天线在两个频段上垂直和水平极化方向的方向图及相关特性参数、天线输入阻抗、驻波比及带宽等天线设计要求的参数。通过结果的对比也验证了两种软件的有效性。本文的第二个主要部分是天线特性参数的测量，包括天线的校准、天线方向图的测量、天线驻波比的测量。通过理论学习和实际动手操作，详细介绍了测量方法、测量步骤、测量误差的分析等。最后，作为八木天线的设计的延续，本文介绍了国外一种新型的八木天线设计方法，其板状设计易于和基于微带的单片微波集成电路结合共形，极有可能在未来的通信和雷达系统毫米波成像技术领域得到迸一步的应用，为今后进一步的设计和优化提供了思路。关键词：八木天线HFSSFEK0方向系数方向图半功率角驻波比分类号；TN82

北京交通人学硕十论文ABSlRACrABSTRACTA皿tennaplaysanimportantrolcinpresentcommunicationsyste札T1lemainworkofthisp印erfocusedonthedesignaIldme弱urementofYa百一Udaantenna．1mefirStsectionwasthedesi鲷aIldsilnulationofYa百一UdaaIltenna．neantennawasusedforthedetedjonanddirection0finterference0nthe行equencybaIldofGSM—R．hIofdertosatisfytherequirementofdetectionanddirection，weshouldmaIIagetogetmefollowing觚teIlnapar锄eters：hi曲directionalcoefficient；tlIebaIldwidthshouldc0Vcrthe打equencybaIldofGSM-R(885—934MHz)；HPBw(half-powe卜bandwidthofmailllobe)<400，1stsidelobe：<．9dB：weshouldtradeoffthehiglldjfectjonalcoe艏cient锄daIltenllasizefortheconv曲ienceofmovingcarrying．1nhercarcVariousmethodsonthe锄alysisofYagi-udaante姗a．Intllispaper，fourmethodswercintmduccd：Voltage—inducti衄method，Ihepointoftfavelingwave，MOMcombiningoptimumalgori￡hm锄dsof帆aresimulation．Iuseelectroma印eticsOf研areHFsSa11dFEKOforthedesi印．T1lefearctwopanOfmydesi印：锄tennaaIldbalundesi印．nehorizonIaI柚dVenicalpolarizationdircctionalparametersweregot，otherparameterS，Z折，VSWR，bandwidth，wc托alsogot．Thesecondmainpartofmyworkw弱themeasurementOfalltennapar锄eters，wllichillclude卸tennacalibmtion，alltennadjrcctionmeasurcmem．VSWRmeasurement．Themeasufcmentmethodandstepwefcdescribeilldetailt量Il_oughtheorystudyalldpracticch柚dle．11leValjdityof铆o“ndsofsoftwarcw鹤alsotestedthrougllsimulationandmeasurcment．●Finally，anewkinddesignofYa百一uda彻tennaw舔inIroduced，whichw硒totallycompatiblew曲锄ymjcrost却-b嬲edMMIccircIlitry．1thinktllis孤te蚰afindwideapplicationsinwireless伽忸municationsystems，powcfcombiIling姐dphaseda玎ays，鄱wenaSmillimeter-wavei111a垂ngarrays．KEYwORDS：Yagj．Uda柚tenmI驷FSsFEKOdhcⅡoncoe筋cientHPBwVSWRCLASSNo：TN82

致谢首先要感谢我的导师周克生教授，在我攻读硕士学位期间给予我许多帮助和悉心指导。从基础知识的学习和科研能力的培养，到论文的选题、深入、成文，周老师在每一个环节都以他周到细致的分析、敏锐的视角、渊博的知识和对科学研究的严谨态度对我做了关键性的指引。周老师严谨谦虚的学者风范使我在掌握专业知识和科学研究方法的同时，也让我领悟到作为一名科技工作者所应该具有的业务素质、道德品质。周老师以他特有的温和善良也给予我生活上悉心的关心和照顾，在此表示衷心的感谢!!!感谢电磁兼容实验室的全体老师在我学习期问给予我的热心帮助，特别感谢沙斐、王凤兰、王国栋、闻映红、朱云老师，在我研究生学习和做毕业论文期间给予我许多关心和指导。感谢孟东林师兄在专业知识的学习上给予我极大的帮助。陈嵩师兄在我论文的完成过程中和平时的学习上都给了我很大的帮助和启迪，在此表示衷心的感谢。感谢尹晗芳、张星、姜山、杨飞、王卓、沙长涛、李焕然等同学在我两年半的研究生学习和生活期间给我的许多无微不至的关心和帮助，和你们的融洽相处也使我受益匪浅。感谢众位师弟师妹对我的支持和帮助，大家在一起共同组成了一个温暖的集体氛围，使我能更投入的完成论文。感谢我的父母，你们的关心和鼓励是我前进的动力，你们的信任和辛勤的工作给我营造了一个良好地学习条件，你们永远健康快乐是我最大的心愿。最后，向所有给予我关心、支持和帮助的人表示衷心的感谢fl!

绪论1．1概述第一章绪论天线在各种无线电技术设备中的作用基本上是相同的。任何无线电技术设备都是通过电磁波来传送信号的，天线就是这种辐射和接收电磁波的装置，它把发射设备产生的高频电流能量转换成电磁波能量，同时又把电磁波能量转换成高频电流形态的能量。自马可尼和赫兹发明了天线以来，天线技术经过了loo多年的发展，到目前为止，天线的类型可谓是五花八门，种类繁多，形式多样不胜枚举。一般按对天线的分析方法来分共有三大类：1)线天线：是指天线结构具有线状结构特点，而且金属导线半径远小于波长的天线。如：振子天线、环天线、‘螺旋天线等；2)面天线或称口径天线：是指电磁波通过一定口径向外辐射的天线。如一喇叭天线、板状天线、角反射天线、抛物面天线、栅格天线、卡塞格伦天线等；3)天线阵：是指天线的辐射单元按一定规律排列和激励(或称馈电，指馈给每个辐射单元信号的幅度和相位)的天线群体。如：美国爱国者导弹中的相控阵雷达系统、美F-22战机和俄米格一35战机的机载相控阵雷达系统、预警飞机、导弹和空问分集移动通信系统等。目前天线正广泛应用于通信的各个领域，如微波通信天线、卫星通信天线、微波器件天线、无线公话天线、及应用于汽车上的移动数字电视天线等。从频段上来讲，已经研制出用于GSM／CDMAGPRS，PHS，CDMA2000，3GDEc置wL气N，wCDMA，TscDMA等领域的天线。各种内置和外置的天线广泛用于手机、无线公话、无线商务电话、电脑笔记本Pc卡、车载电话、无线模块以及其他无线终端。1．2研究内容及国内外研究动态本文的主要研究内容的原型是基于铁道部GsM．R干扰检测定向用天线的要求。为了满足干扰定向检测的需要，要有一副方向性能够满足定向检测要求的天线，对天线的设计来说，要在GSM．R频段的下行885MHz一889MHz频段内和上行930MHz．934MHz频段内有高的方向性系数，即尖锐的主瓣方向图，并且使副

北京交通人学硕士论文瓣电平控制在不影响干扰检测定向的程度内。另外，使天线能在小的手持基面上工作，满足移动检测的便携式要求。关于实际应用的便携式高增益的天线系统(此时方向系数要用增益来衡量，因为方向性系数受天线效率的影响，得到的实际值是天线的增益，它们之间的关系是G=kD，即增益是天线效率乘以天线方向系数得到的)，国内外均有不少研究成果实例，例如R＆s公司的迷你型干扰接收机EB200和手持定向天线HE200，在GSM．R频段HE200增益达15～18dB，这两个装置的组合将可以检测干扰并同时储存数据，它的频率范围可从20MHz．3GHz；在近海海洋表面流探测工程中，英国的0scR系统、美国cODAR公司的seasonde系统(采用交叉环单极子天线)也以其小巧轻便、对信号接收灵敏的性能发挥着很大的作用。另外，背射式高增益定向收，发天线、螺旋高增益天线、抛物面型高增益定向收发天线也在近、远程距离通信、全向区域通信、移动网络通信及便携通信设备中得到了广泛的应用。对于定向高增益天线，八木天线是经典的种类之一，它由一根有源振子和多根无源振子组成，有源振子可以是半波振子，也可以是折合振子。无源振子通常由～个比有源扳子长的反射器和多个比有源振子短的引向器组成。有源振子被馈电后向空间辐射电磁波，使无源振子中产生感应电流来产生辐射，辐射方向指向引向器方向。当改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离时，无源振子上感应电流的幅度及相位也随之而变化，可以影响有源振子的方向图。它的优点是结构简单、增益高、方向性强，其次用它来测向、远距离通信效果特别好。如果再配上仰角和方位旋转控制装置，就能得到良好的干扰检测性能。本文就是选择八本天线作为设计和研究对象，通过理论分析和数值软件工具仿真得到符合要求的干扰接收检测定向天线的实例。1．3论文内容安排文章第二章分两方面来讲，首先介绍天线的基本理论：包括天线的应用和发展概况，天线的原理，天线的主要参数；其次介绍天线测试、测量的相关内容：包括天线的馈电种类及设计，天线方向图的测量方法，天线的校准方法等等。这些是本论文以下内容的必备知识和实践操作准则。第三章将介绍线天线的分析方法。包括感应电动势法、行波天线的观点、矩量法和优化算法结合的方法及软件仿真设计法。前两种方法主要是基于天线经典理论得到的分析方法。而对天线参数的优化可以借助于电磁场仿真工具来做，也可以采用优化算法与数值计算方法相结合的做法。围绕研究问题的不同，可以将2

各种电磁场解法和优化算法相结合进行求解，但由于某些算法本身的特点，并非所有的数值方法都能有效的与算法结合。由于本文主要采用软件仿真的方法来分析设计八木天线，因此软件分析方法重点对电磁场仿真软件FEK0和HFss做了介绍。第三章对天线分析方法的详细介绍为第四章的天线设计与分析打下了基础。第四章将主要讲述八木天线的分析设计方法，包括八木天线的工作原理，天线方向图优化设计和平衡不平衡转换器设计，实物天线的方向性图及误差分析，天线的驻波比测量及误差分析，介绍了一种新型的八木天线设计方法并简要介绍了此种八木天线的天线参数特点。

J匕京交通人学硕十论文第二章天线的基本理论，2．1天线的发展和应用概况人类之|’BJ的通信最早是通过话音的方式来完成的，但是它仅限于近距离的信息交流。为实现远距离通信，在人类文明发展的历史上曾先后出现了鼓、旗语、烟火等可视方法，这些原始的“光通信”方式当然都利用了电磁波谱中的光波部分。直到近代，无线电波——电磁波谱中可见光以外的部分才在通信中渐渐得到了应用。凡是靠电磁波传递信息的无线电技术设备，如广播、电视、通讯、导航、雷达等，天线是必不可少的重要组成部分。根据IE髓有关天线术语的标准定义，天线为“辐射或接收无线电波的装置”。换言之，天线提供了由导行波向“自由空间”波的转换(接收状态反之)。因此可不借助于任何中间设备，使信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输。天线的理论基础是麦克斯韦方程组，由麦克斯韦(Jam鼯ClerkMaxwell，1831—1879)1864年提交给英国皇家学会，它将电学和磁学统一到一致的电磁理论中。1887年，德国的物理学家赫兹通过试验证实了麦克斯韦关于电磁波运动通过空气传播的预言。1901年，意大利20多岁的研究者马可尼在第一次跨越大西洋的无线电通信中取得成功，在纽芬兰的圣约翰斯接收到发自英格兰波尔多无线电信号。天线早期的发展受到信号发生器实用性的制约，采用德福雷斯特三极管产生高达1MHz的信号后，1920年左右，可调节物理长度的谐振天线(例如半波振子天线)成为现实。二次世界大战前夕，微波调速管和磁控管信号发生器以及波导管得到了发展，这些促进了喇叭天线的发展。第一部商用微波无线电话系统1934年在英国和法国间开始运营，工作频率为1．8GHz。第二次世界大战期间出现了雷达，雷达工作于超短波、微波频段，微波能量常用波导系统来传输，从而出现了缝隙天线、喇叭口天线、抛物面天线等。60年代以来，由于导弹、卫星、遥感、航天技术和散射通信的发展，对工程天线的要求越来越高。开拓频段、降低噪声、防止干扰、提高精度已经成为天线技术迫切需要解决的问题，于是出现了大量适应相应需求的工程天线，如卡塞格伦天线、单脉冲天线、相控阵天线、微带天线、自适应天线等等【”。今天，在电子技术发展同新月异的形势下，天线理论与技术水平也在不断的发展和提高，如今天线在人们的社会生活中的已不可或缺，它无处不在，家庭或工作场所，汽车或飞机罩，船舶、卫星和航天器的有限空间内甚至可以由步行者随4

分享到：

赞收藏

资料库

八木天线的设计仿真与测试.pdf

相关推荐

行业

热门标签

最新资料