适用于PAN和WLAN的装载有OCSRR的多频带印刷单极子天线.doc

工程设计适用于PAN和WLAN的装载有OCSRR的多频带印刷单极子天线学 院： 电子工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 020914班 学生姓名： 任隆 02091398 指导教师： 张媛媛 制作时间： 2012年12月20日 目录一、 设计目的 1二、 设计要求 1三、 设计过程1. 设计分析 12设计步骤及结果 2.1双频天线 12.2 三频天线 3四、 总结 6五、 参考论文原文一、设计目的日益增长的无线局域网（WLAN）和个人区域网络（PAN）应用要求了多频带天线的发展，天线需要能够在分配的无线通信系统中工作在不同标准和不同频率。而且，需求的天线必须做到简洁和低耗，这样才可以把他们整合到终端和接入点中。印刷天线满足所有的需求。为此我们组查找相关资料，利用装载开放的互补开口环谐振器（OCSRR）设计了两款印刷单极子天线，分别是双频带和三频带。二、设计要求 使用软件HFSS，设计两款单极子印刷天线，利用OCSRR，分别满足双频带和三频带。三、设计过程1.设计分析 互补开口环谐振器模型相当于共振频率下的高阻抗元件，通过将它们放置在合适的位置可以在不同的有效区域实现单极子。因此，在设计多频带天线时，第一个工作频率与单极子的长度有关，而互补开口环谐振器控制着附加频段。 参考的论文中给定的是加载互补开口谐振环的多频带单极子微带天线，双频带天线的工作频段为2.40-2.48GHz，5.15-5.80GHz，三频带天线的工作频段为2.40-2.48GHz，3.65-3.70GHz，5.15-5.80GHz。因此，双频天线需要加一个谐振环而三频天线需要加载两个开口谐振环。由论文中我们知道，第一个频段与微带天线的单极子长度直接有关，第二个元件与加载元件有关，然而，结果发现，这些额外的频带的带宽是非常窄，因为谐振元件的高Q值耦合的影响。材料中的单极子双频段印刷天线基于超材料的设计。加载引起的额外共振相当于辐射缝隙。因此，天线不存在两个相似的辐射特性频段。类似的方法，提出了设计一款三频微带单极子天线,其中附加频段通过使用改造后的地面获得。但是，不同的辐射机制的结合导致在不同的频段正交辐射模式，由于这样的设计中使用的两个微带层和空气桥，使这种方法的复杂性和制造成本较高。在这篇论文中，开放互补开口谐振环都是常规的内集成的单极来实现新的多频带单极子微带天线。辐射元件始终是单极，因此，辐射特性方面的辐射图形，极化，和增益是类似的在传统的印刷单极所有的操作波段。将所得的天线结构紧凑和单层的，并且可以是制造出低成本的大规模生产技术。2.设计步骤2.1.双频天线 提出的天线是根据在一个长方形的微带单极馈送，通过共面波（CPW）传输线（印刷在同一衬底上侧），并装有一个在距离馈电点处的开口谐振环。开口谐振环可以看做是一系列LC谐振器的并联。该方法由在单极插入LC并联谐振回路。缺陷结构表现出的共振，作为无功负荷，修改的单极天线的电长度。因此，第一个谐振点使得加载天线的电长度为四分之一波长。另一方面，在共振频率的缺陷结构，缺陷结构的阻抗是非常高的，并且从谐振点看，缺陷结构处于开路位置。因此，如果缺陷结构放置在一个方便的位置，大约从馈电点看在它的谐振频率，一个额外的辐射频率就以实现。因此，可得到一个双波段单极天线。具体建模过程如下：运行HFSS并建立新工程，设置求解方式为Driven Modal，添加设计变量和介质材料，然后设计建立如图1.1.1模型。具体尺寸，单极子的最终尺寸为，。馈电参数设置为 CPW。因此，。地板的尺寸为。地板和单极子间缝隙为。OCSRR放置在处，它的参数为，。缝隙设置为。介质板为的FR4。设置贴片为理想导体边界条件，设置空气盒为辐射边界条件，添加 CPW馈电。 求解设置中，求解频率为5.5GHz，迭代次数为10，收敛误差为0.02；扫频设置中，扫频范围为1GHz-8GHz，频率步进为0.01GHz。 分析并查看S11，如图1.1.2所示。图1.1.1图1.1.22.2.三频天线同样的方法也可以用来设计多频印刷有两个以上的频带的单极天线，这个想法基于引入更多的OCSRR来设计三频单极子天线。它是之前双频天线的扩展，它包括了之前的频段和IEEE 802.11y即3.653.70 GHz。根据的三频单极的布局图。增加的OCSRR放置在。它的设计参数为，这与谐振频率3.65GHz相对应。缝隙设置为0.4mm。这些值进行了优化，只覆盖所需的带宽，不与其他系统干扰。相对于该双频带的设计，除了长度的单极降低到，天线的其它参数保持不变的以弥补由于OCSRRs的电感效应谐振频率的降低。运行HFSS并建立新工程，设置求解方式为Driven Modal，添加设计变量和介质材料，然后设计建立如图2.2.1模型。即在双频天线基础上，增加一个OCSRR,增加的OCSRR放置在。设置贴片为理想导体边界条件，设置空气盒为辐射边界条件， 添加CPW馈电。求解设置中，求解频率为5.0GHz，迭代次数为10，收敛误差为0.02；扫频设置中，扫频范围为1GHz-8GHz，频率步进为0.01GHz。分析并查看S11，如图2.2.2所示。3D增益方向图如图2.2.3所示。图2.2.1图2.2.2图2.2.3 由于建模过程中，x，y轴与原材料中的刚好相反，设置，这时候Gaintheta比Gainphi大很多，所以垂直极化是该天线的主极化。（如图2.2.4所示）图2.2.42.2GHz主极化和交叉极化的方向图如图2.2.5所示。图2.2.53.5GHz的主极化和交叉极化方向图为图2.2.6：图2.2.65.2GHz的主极化和交叉极化方向图为图2.2.7：图2.2.7参考文献1Francisco Javier Herraiz-Martnez, Gerard Zamora, Ferran Paredes, Ferran Martn,and Jordi Bonache, “Multiband Printed Monopole Antennas Loaded With OCSRRs for PANs and WLANs”, IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL. 10, 2011个人总结通过HFSS仿制适用于PAN和WLAN的装载有OCSRR的多频带印刷单极子天线，我熟悉了解了多频带单极子天线的设计过程，熟悉了HFSS的应用。通过设计仿真，我们知道第一个频段与微带天线的单极子长度直接有关，第