段美川ADS印刷偶极子天线的设计与仿真开题报告.doc

塔里木大学毕业论文（设计）开题报告课题名称 ADS印刷偶极子天线的设计与仿真学生姓名 段美川 学 号 5021210128 所属学院 信息工程学院 专 业 通信工程 班 级 通信工程14-1班 指导教师 石鲁珍 起止时间 2013年11月-2014年5月 塔里木大学教务处制开题报告正文1.引言天线是无线通信设备中射频结构中极为重要的一个部分，尤其在电子产品设计趋向普遍小型化的今天，如何缩小天线的尺寸而同时又能够达到天线的性能指标已成为目前研究的一大热点。微带天线具有体积小、重量轻、低剖面、宽带宽的特点，因此容易做到与高速飞行器共形，且电性能多样化，尤其是容易和有源器件、微波电路集成为统一组件，十分适合大规模制造。在现代通信中，微带天线广泛应用于100MHz到50GHz的频率范围内，是目前应用得比较广泛的一种天线设计。2.课题的背景及研究的目的和意义2.1课题的背景RFID（Radio Frequency Identification 无线射频识别）:埃森哲实验室首席科学家弗格森认为RFID是一种突破性的技术。该技术正蓬勃发展，在航空业、物流运输业、动物识别等领域大展拳脚。1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别技术的理论基础。1950-1960年是射频识别技术早期的探索阶段。1970-1980年射频识别技术与产品研发得到大发展并于80年代进入商业成规模应用。2000年后标准化问题日趋为人们所重视。之后，射频识别技术的理论得到丰富和完善。2.2研究的目的和意义对天线的结构及其相关的理论分析，利用agilent 公司的ADS 仿真软件，设计出一种手机能用的2.4G wifi天线。在layout 层面设计给定指标下的印刷偶极子天线，而后进一步通过仿真分析了天线各个部件的尺寸重要结构参数对天线性能所产生的影响，并找出一种具有良好一致性和高增益全向特性的新型印刷天线结构。本文的结论在不改变传统的天线形状的情况下，为缩小天线尺寸的设计提供了一定的参考。设计的新型天线对于WLAN通信具有很高的实用价值。3.主要研究内容3.1设计内容典型的微带巴伦馈线的印刷偶极子天线大致可以被分为以下五个部分：偶极子天线臂、微带巴伦线、地板、馈线、通孔。图3-1显示了该天线结构的平面图。其中偶极子天线臂、微带巴伦线和地板均处于基质板底层，馈线处于基质板顶层。底层与顶层的微带线通过通孔相连。根据天线理论，偶极子天线属于平横天线，需要平衡式激励，然而印刷微带天线以及通常用来馈电的同轴电缆都是不平衡的。引入微带巴伦线的作用就是提供一个印刷电路形式的不平衡-平衡转换器。从图3-1可以看出，激励信号从顶层馈电微带线的底部馈入（微带线的特征阻抗为），经过过孔接至底层，底层的微带巴伦线一端接地平面，一端接偶极子天线臂。顶层馈电微带线与底层微带线的电流有着180度的相位差，偶极子天线的两个天线臂上的电流的方向相同，从而实现对偶极子天线的平衡激励。图3-1天线平面图如果从通孔处开始分析，底层的印刷偶极子天线和微带巴伦线的等效电路如图 2 所示，则在通孔处得到的等效输入阻抗为： （3.1）其中：(a)印刷偶极子天线可以等效为半径为r=w/4的圆柱线对称振子，参照线对称振子的输入阻抗公式可以得到印刷偶极子天线的输入阻抗公式： （3.2）其中：，分别为偶极子表面电流的衰减常数和相移常数； , 分别为偶极子天线臂的长和宽；(b)微带巴伦的等效输入阻抗的公式为： （3.3）其中：，为微带巴伦线的长；为偶极子振子两臂之间开缝出的等效共面波导的特征阻抗；图3-2等效电路图对于实际的天线分析，当把微带馈线以及考虑到实际工程常用的 50 欧的同轴电缆馈线考虑进来，各个部分的一些耦合效应会使整体输入阻抗特性和单独工作时的不同，因此纯理论的分析往往比较复杂而且也难以给处精确的设计参数。在实际设计中，目前都采用成熟的仿真软件进行辅助设计，然后与实际的天线性能比较后进行微调。3.2设计方案ADS2009是用于集成电路（IC）、封装、模块和电路板协同设计的高频/高速平台。它帮助电路、封装、电路板和系统设计人员使用单个EDA平台共享仿真模型，并将通信产品设计的重复劳动、成本和时延降至最低。利用agilent公司的ADS仿真软件，在layout层面设计了给定指标下的印刷偶极子天线。然后进行仿真分析，通过计算得到符合设计要求的技术参数，进一步优化天线性能使其达到设计要求。其流程图如图3-3所示：给定参数的天线优化天线参数否仿真结果是否符合设计要求是结束图3-3 设计流程图4.进度安排2013年10月30日 2013年11月30日：查阅国内外的有关资料论证，写开题报告，撰写文献综述。2013年12月1日 2013年12月31日：学习仿真软件ADS2009的使用与建模方法。2014年3月1日 2014年4月20日：进行偶极子天线的设计仿真与分析。2014年4月21日2014年4月30日：写毕业设计说明书。2014年5月1日2014年5月10日：答辩前准备，并做最后的修改。5.课题进行的环境、所需仪器设备装有Windows操作系统的计算机一台。所需软件:ADS2009电磁仿真软件、Office办公软件等。6.参考文献1钟顺时.微带天线理论与应用M，西安：西安电子科技大学出版社，1991.2林昌禄.近代天线设计蝴，北京：人民邮电出版社，1993.3周朝栋，王元坤，周良明天线理论与工程M.西安：西安电子科技大学出版社，1988.4李锋，张福顺，焦永昌.宽带平面Baiun偶极子天线的FDTD分析J.现代电子技术，2003(7):4-75李秀萍，刘禹，曹海鹰.基于RFID应用的小型化印刷偶极子天线设计.T.北京邮电大学学报， Vol.29，No.5，pp:75-78，Oct. 20066王家礼.电磁场与电磁波(第二版)M.西安:西安电子科技大学出版社, 2005.100- 290.7魏文元,宫德明,陈必森.天线原理M .西安:西北电讯工程学院出版社, 19958谢处方.电磁场与电磁波M .西安: 西安科技大学出版社, 2001. 115- 121.9商峰,梁青.一种用于个人通信的基站全向天线的设计思路J.西安邮电学院学报,2001,6(3):39-419徐红艳,房少军,聂国涛.一种新型2.45GHz蓝牙频段矩形微带串馈全向线阵J.电子技术应用,2006(1):127-12910马汉清,郑会利.一种新型的宽带全向高增益天线J.电子科技,2003(22):39-4111许福永,赵克玉.电磁场与电磁波M.北京:科学出版社,2006.210-360.12刘学观,郭辉萍.微波技术与天线M.西安:西安电子科技大学出版社, 2004.13钟顺时.微带天线理论与应用M西安.西安电子科技大学出版社，199114张立东.矩形微带传馈线阵的设计和仿真J.指导和引信200315牛传峰.单片微带全向天线的分析与设计J无线电通信技术200316魏文员，宫德明，陈必森.天线原理M西安.西北电信工程学院出版社.199517 尚峰，梁青.一种用于个