毕业设计(论文)-一种室内环境适应型线状wi-fi天线的阵列优化设计

第1章绪论1.1研究背景及意义我国的WI-FI天线经历了从无到有、从简单到复杂的过程，其天线被优化设计的越来好，性能指数越来越高，但是在现实生活中，无线信号的传输仍存在着很大的很提，城市建筑物高大密集信号受阻挡而衰减，建筑全封闭式装修、地下建筑物等信号被屏蔽而衰减，加上高层建筑物的低层接受的信号较弱、存在盲区。随着经济的高速发展，个个城市基本上都开通了地铁、轻轨等交通工具，但是对于隧道内的无线传输始终是个不能很好解决的一个问题，对于这种封闭或者半封闭的情况下WI-FI性能总不能得到很好地提升，辐射效果差，导致覆盖面积低。地铁公司每年也都花费在高昂的费用用于隧道无线方面的发展。所以对于适应环境型的室内WI-FI天线来说，仍存在很多的问题有待解决，如WI-FI的覆盖面积小，路由器信号发射功率低，收发天线的辐射性能差，全向性也不好，而高性能的WI-FI天线成本高，不适用广大人群，因此设计出一款成本低，适用于广大用户，并且WI-FI覆盖效果好天线是很有必要的！而线天线的特点与其他天线相比，线天线：结构简单、方便制造成本低、适合于大批量生产、功率容量大。而且通过线天线阵的方法又可以很好的提升增益和效率，所以设计出一款环境适应型室内的线状WI-FI天线以解决上诉问题成为了本次课题的目标。1.2线状WI-FI天线国内外研究现状及发展趋势WI-FI技术已被认为是无线宽带发展的主要方向。WI-FI天线多饰多样，对它的研究从未停止过，有对它现有结构上进行优化设计的，也有新的天线被大胆创新，本文主要是对线状天线的设计优化，对面线天线的优化计算，国内外的学者们提出了新颖的设计和创新，2001年，中国的学者祝志鹏、蒋凤仙、陈雪峰提出了一种适用于具有任意几何参数的线天线阵方向图综合的新办法，这是传统遗传算法的一种改进，应用此方法以降低线天线阵的旁瓣辐射为优化目标，对线天线的方向图进行了优化设计并将所得结果和Chebyshev方法所得的结果进行了比较表明结果和Chebyshev方法取得结果相似[1]。2007年，中国学者姚超军提出了互耦对小间距天线阵增益的影响，在文中他提出了最优方向性综合法和可以方便控制主旁瓣形状和效率的超方向性数值综合方法分析了不同方向图综合算法天线方向性、效率、和稳定性关系，并给出了一种具有较高效率的小间距阵列排布的确定方法。排布的阵列可以比同尺寸均匀排布阵列获得更高的方向性系数和效率[2]，这对本次课题研究的线天线阵提供了一定的方向性和基础性。2009年，西班牙的学者A.And´ujar,J.Anguera,andC.Puente对L型的线天线的辐射方向图做了研究，采用几何的方式来计算研究L型线天线的辐射特性，通过改变它的长高比来计算并仿真验证，致力于得到一个全方向较好的天线比例，并运用于其他类似天线的研究[3]。2013年，美国学者E.S.Pires,G.Fontgalland,M.A.B.Melo,R.R.M.Valle,andS.E.Barbin针对于WiFi802.11n设计出了三种天线模型,第一种天线是双频段天线工作频率在2.4GHz和5.5GHz，其构思源于zero-order线超材料天线，并以此为模型构建的，所得到的增益分别是2dBi和4dBi。第二、三种天线一个是结构紧凑的折叠式单极天线和结构紧凑的折叠式偶极天线，通过仿真得出这两种天线的增益分别是0.5dBi和2dBi[4]。这类天线结构简单具有很强可行性，值得去参考学习。2013年德国学者P.Vsetula、Z.Raida对于偶极天线阵列合成频率的增益和反射系数进行了进一步的研究，在文中，他们提出了两种方法，分别是有传输线和没有传输线的两种情况，通过比较最后证实在偶极天线阵列里没有传输线的形式所得到的增益反射系数效果更好[21]。通过前人学者们对线天线及阵列的研究，为本次课题研究提供了很强的参考性，为了设计出一款环境适应型的WI-FI天线，本文计划采用双频段天线，其工作频段在2.4GHz和5.0GHz。双频段天线相比于单频段天线来说，它具有更高的无线传输速率，具有更强的抗干扰能力，无线信号更强，稳定性更高。通过对文献[3]、文献[4]学习，对文中提出的天线结构进行初步的设计然后进一步的优化，最后对两种天线结构进行比较，选择出更符合课题要求的天线结构以满足设计要求[13]~[21]。1.3无线路由器天线的优化路由器又名网关设备，是连接广域网或者局域网的一种设备，无线路由器则也是路由器的一种且具有无线覆盖功能，传统的无线路由器一般WI-FI信号发射不稳定，功率小、覆盖面积小，为了解决以上问题得到更好的WI-FI信号发射稳定，效率高，覆盖面积广的无线路由器，人们对路由器进行了多种改变:工业方面：厂家对路由器的天线进行了数量上的改进，从最开始的单支天线的路由器发展了成为了多支天线的路由器。生活方面：人们对已有的路由器进行改进设置，如在无线分布式系统（WDS）中选择最佳信道提高路由器的速率，在路由器天线边上加上金属边框（如用剪开的易拉罐半包天线），约束天线的辐射方向。或者购买信号扩展器来扩展信号。以上的路由器的优化方式虽然在一定程度上改变了路由器的传输效率，增强了路由器的信号，但是天线作为路由器的接收与发射部分，只能提高天线的传输效率，增强天线的增益和方向性才能更好的优化路由器，所以在路由器的优化方面应先从优化天线开始[12]。人们对路由器的天线的设计大多数都是采用微带天线，但是相比于线天线来说，线天线：结构简单、方便制造成本低、适合于大批量生产、功率容量大。所以本文采用线天线对路由器进行了设计，以实现优化的效果。1.4本文主要内容及章节工作本课题的基本内容是针对于室内环境的WI-FI应用，设计一套用于无线路由器的线天线及馈电系统，并对设计的线天线进行优化，利用电磁场全波分析商用软件——CSTSTUDIOSUITE模拟仿真完成对系统的设计，增大路由器信号发射功率，增加覆盖面积，提高收发天线的接收辐射性能，提高无线路由器的信号覆盖性能。本课题的目的设计并优化出一套用于无线路由器的多天线及馈电系统，通过自行选择外置的结构简单的线天线类型，利用数值模拟仿真完成对天线的优化设计，提高无线路由器的信号发射功率和增益，解决现阶段WI-FI信号发射不稳定，功率小、覆盖面积小等缺陷。本文一共分为了四个章节：第一章，绪论。主要说明此次研究的背景和目的和WI-FI线状天线的国内外的研究历史和发展现状，及路由器天线的优化。第二章，天线理论分析和研究。讲解了接下来优化设计所要解决的问题，和设计中需要观察的参数和结果，展示了共面波导馈电的基本结构和共面波导馈电方式和介绍了仿真时需要用到的CST商务仿真软件及CST仿真设计流程。第三章，线状WI-FI天线的验证及组阵的设计。首先对仿真软件CST的建模流程做了介绍，然后对查找文献中提出的天线模型进行了认证，达到理想的结果，在此基础上对天线实现了阵列的优化，并与文献中的仿真结果进行了对比，分析得出其中改进的地方。第四章，总结与展望。对全文的天线设计进行了工作总结，反思其中的不足，和下一步的优化打算。第2章天线的理论分析和研究2.1天线的性能参数本次设计主要目的在于提高无线路由器的信号发射功率和增益，解决现阶段WI-FI信号发射不稳定，功率小、覆盖面积小等缺陷。所以在设计天线主要考虑天线的全向性，增益，及反射系数。2.1.1方向性函数与方向图方向性也就是在等距的条件下天线的辐射场的绝对值与空间方向的关系，天线的作用是通过将发射机的输出功率有效地转换成为在自由空间传播的电磁波功率或将自由空间传播的电磁波功率有效地转换为接收输入端的功率。方向图是描绘天线在空间方向上的辐射功率的一种表达方式，天线所有方向上均辐射功率，不同得方向上可能存在存在不一样的辐射功率。所以描述天线特性的重要特征之一就是天线的辐射模式或者称为方向图。最简单的方向图是以天线为中心形成的球体，也就是仿真时选用的远场，如果说天线在所有方向上辐射相同的功率。那么此天线就称为全向天线。为了清楚表明不同天线的方向性引入方向函数称为归一化方向函数，用表示，即：（2.1）其中为最大辐射方向上的电场强度，为同一距离方向上的电场强度[1]。2.1.2天线的增益系数在输入功率相等的条件下，实际天线空间同一点处所产生的信号的功率密度（或）与理想的辐射单元在此产生的功率密度(或）之比（相同输入功率）：（2.2）同理，在相同电场强度下有如下等效定义（相同电场强度）：（2.3）天线增益的系数定量地描述天线的输入功率在一定方向上集中辐射的程度。并且天线增益与天线方向图有密切的关系，从一个方向图中根据它的主瓣的窄宽和副瓣的大小可以看出一个增益的高低，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高，反之增益就越低。天线增益的系数是天线方向系数与辐射效率的乘积，表示天线的增益参数的有dB和dBi。dBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dB相对于对称阵子天线的增益，dBi=dB+2.15。一般地来说，一般来说，无线WI-FI的增益一般为3-5dBi[6][7][8]。2.1.3极化特性天线的极化分为椭圆极化、圆极化、线极化。通过电场方向与地面平行和垂直的区别还可以有水平极化和垂直极化，水平极化和垂直极化都属于线极化；圆极化又分为左旋圆极化和右旋圆极化。天线的极化特性是描述辐射的电磁波的矢量空间指向的参数，天线辐射的电磁波在空间辐射的最大方向上的电场强度的矢量的空间定义为最大辐射极化特性。因为电场和磁场有恒定的关系，所以天线辐射电磁波的极化方向也就是是电磁矢量的空间。2.1.4输入阻抗天线和馈线的连接处称为天线的输入端或馈电点。它决定了天线的输入阻抗、天线效率和驻波。就线天线而言，天线的输入阻抗为天线输入端的电压与电流的比值。对于口面型天线，天线的阻抗特性通常用馈线上电压驻波比来表示。一般来说，天线的输入阻抗是复数，实部称为输入电阻，以表示；虚部称为输入电抗，以表示。2.2超材料2.2.1超材料的含义超材料是通过人工加工合成采用周期或者非周期的微结构排列且形成特殊的属性的材料，是天然材料所不具备的，到目前为止，超材料的发展已经包括“左手材料”、“光子晶体”“超磁性”超材料的一个核心理论之一就是电磁波传播轨迹和超材料特性的变换光学，人们根据超材料的特性理念将其运用于各个行业的器具开发。如纳米波导、生物传感器、新型光源、隐身材料、某些特制的滤波器、以及耦合器和特定的某些光学数据存储器和特殊要求的波束引导元件。本此设计则是采用的是超材料应用于传输线中的复合左右手传输线。2.2.2左右手传输线（CRLHTL）理论复合左右手传输线（CRLHTL）的一个重要的特性就是可以实现双频段的组合，因为它的色散曲线是非线性的。如图2.1为一维复合左右手传输线的原理图，通过在传输线上并联和串联一个电容构成，串联电容的作用是产生负磁极化强度，而并联的电感则是产生负电极化强度。他们的作用在于冲击时产生的磁场可以激励感性板上的磁流产生于磁场反向的磁极化强度，在磁极化率小于-1的时候就会产生负磁导率，同理，冲击的时变电场通过激励容性上的电流可以产生于电通密度反向的电极化强度，而且在电极化率小于-1的时候产生负介电常数[7]。图2.1复合左右手传输线原理图根据传输线理论，其波动方程如下：（2.4）(2.5)为传播常数：(2.6)串联和并联的谐振频率为：(2.7)(2.8)左右手传输线的特性阻抗是：(2.9)复合左右手传输线的工作特性随着频率的不同而改变，大致可以分为三个特性[7]：当工作频率小于串并联的频率的最小值时，呈现左手特性，相位超前，折射率为负；当工作频率大于串并联的频率的最大值时，呈现右手特性，相位滞后，折射率为正；当时，电磁波无法传播，相位禁带。复合左右手传输线一般都会产生禁带，只有才平衡条件才能才不会有这种情况存在，而平衡条件如下：（2.10）（2.11）当传输线在平衡状态下时，其构造可以分解为左手传输线和右手传输线的组合。此时的右手传输线可以用微带线代替[7]。2.3WI-FI线状天线的设计分析本文的线天线是根据零阶谐振天线模型为基础，设计的双频段超材料线天线阵列并运用于WI-FI802.11n，频段为2.4GHz和5.5GHz。但是根据超材料的传输特性，其频段依靠天线本身的物理长度决定，但是能实现单频段，根据超材料左右手传输线理论，通过采用串并联电容的方式可以改变频点的分布，实现双频段的划分，本文通过在天线传输线之间串联一个电容来达到双频段的目的。在文献[5]中对超材料天线进行了详细的介绍，在文中给出了零阶谐振天线模型，如下图所示，通过对零阶谐振天线模型的改进，设出了适合于WI-FI应用的天线。根据超材料特殊的电磁性实现了线天线更好的传输特性，这里选用廉价的介质材料FR-4在成本上实现便民化的条件。在设计中采用以共面波导的馈电方式，具有低损耗、低色散、易于与各种微波元器件相连接等优点。图2.2Zero-Order模型2.4零阶谐振天线模型参数计算本文采用超材料介质天线设计了一付双频段的线天线阵列，并应用于WI-FI802.11n协议的应用，以为原型优化设计，图2.2给出的参数如下：=0.2mm，=1.6mm,=1.6mm,=12mm,=20mm,=3mm,这里为线之间的串联电容，为天线之间的并联电容。通过Bloch-Floquet定理的周期性边界条件，和图1.1中的等效电路，得出得出下公式：(2.12)天线传输线通过复合左右手传输线定理采用以谐振频率的四分之一波长确定，5.5GHz时天线传输线为13mm，2.4GHz时天线传输线为34mm。2.5双频段天线的选择文献[5]根据图2.2所给出的零阶谐振天线基本模型设计出了三副用于WI-FI802.11n协议应用超材料天线，第一副天线是一副双频段的天线，它的工作频段在2.4GHz和5.5GHz。通过对零阶谐振天线模型天线的电容和电感系数的正确选择，就实现了一副在两个频段的新的超材料特性的线天线，通过仿真得出它在2.4GHz时的增益为2dBi，在5.5GHz时的增益为4dBi。另外的两副天线一个是紧凑的折叠单级天线，其增益为0.5dBi，另外一幅是紧凑的折叠偶极天线，其增益为2dBi。为了实现本文优化要求，设计出双频段的线天线所以选择了文献[6]的第一副天线结构进行了优化设计，如图2.3所示：图2.3超材料特性天线优化原型示意图[5]图中的天线单元结构是采用复合左右手传输线理论构成，通过图中的串联电容对天线的谐振频率进行了划分，为了满足要是实现2.4GHz和5.5GHz的频段分割，此时=0.218pF。且上支34mm得出为5.5GHz，下支13mm得出为2.4GHz。2.6共面波导馈电本次设计中，一个重要的馈电模式就是共面波导馈电，其主要方法是在一个介质基片上设置一个中心导体带如图2.4所示，并在紧邻中心导体带的两侧设置出两个接地面的导体平面，如此就形成了共面波导，又叫作共面微带传输线。图2.4共面波导示意图共面波导是以TEM波形式传播，而且没有截止频率。其特点：低损耗、低色散、易于与各种微波元器件相连接，用它可制成传输线及元件都在同一侧的单片微波集成电路。图2.4为共面波导的基本模型，共面波导分为两种设置情况，一种为非接地共面线如图2.5所示，一种为接地共面线如图2.6所示。图2.5非接地共面线图2.6接地共面线此类的波导设置相对来说较为复杂，一般来说，仿真需要考虑的一个重要因素之一就是端口的大小，首先是端口需要足够大，大到可以覆盖共面线重要的部分，但是当超过一定大小则会引起高次模的传输，高次模的产生是人为的，当存在高次模的传输时会造成时域求解器的能量衰减十分缓慢。另一方面，当端口设置的过小就会使S参数的不准确，误差增大。所以在CST2006版的使用说明书给出如下的参考设置方法：图2.7共面波导馈电端口设置2.7电磁仿真工具介绍为了更好的设计出符合要求的WI-FI天线，本文选用了CSTSTUDIOSUITE仿真软件对天线进行仿真，CST仿真软件是3D电磁、电路、温度和结构应力设计工程师的一款全面、精确、集成度极高的专业仿真软件。其中包括八个工作室：CST设计环境：CSTDESIGNENVIRONMENTCST印制板工作室：CSTPCBSTUDIOCST电缆工作室：CSTCABLESTUDIOCST规则检查：CSTBOARDCHECKCST微波工作室：CSTMICROWAVESTUDIOCST电磁工作室：CSTEMSTUDIOCST粒子工作室：CSTPARTICLESTUDIOCST多物理场工作室：CSTMPHYSICSSTUDIOCST设计工作室：CSTDESIGNSTUDIO软件覆盖了整个电磁频段，此次仿真选用的是其八个工作室之一的CSTMICROWAVESTUDIO。选择工作室后，然后根据需要仿真的类型选择对应的CST模板，在模型建造里，操作简单，模型丰富，在求解算法中包括时域和频域算法，并且对应着不同的网格划分，如时域分析算法一般对应着六面体网格划分，频域分析算法一般对应着四面体的网格划分，而且在选择对应的馈电方式后，系统会根据你的建模尺寸给出对应建议的专家算法，能有效的给出仿真建议，让你能更精确的使用对应的馈电。2.8本章小结本章主要对天线的性能参数中的方向性与方向图、极化特性、输入阻抗、天线的增益作出了介绍，以及对设计中需要用到的超材料中的复合左右手传输线的特性理论和计算及零阶谐振天线基本模型作了概括，最后对仿真中的一种馈电方式——共面波导馈电，还有电磁仿真工具CST做了介绍，为下文对于超材料特性天线的验证及天线组阵的设计打下基础。第3章线状WI-FI天线验证及组阵的设计3.2模型创建3.2.1软件工具介绍打开CST，在八个工作室中选择CSTMICRWAVESTUDTO,应用包括：电磁兼容、天线/RCS、高速互连SI、手机/MRI、滤波器等。可计算任意结构任意材料电大宽带的电磁问题。如图3.1所示：图3.1CST工作室选择3.2.2模板选择在选择好工作室后，根据要求选择符合的模板，本文中选择的是Antenna（wire）。所以如图3.2。图3.2CST模板图3.2.3模型创建首先是天线尺寸和频段的选择如图3.3，尺寸为毫米，频段为GHz.图3.3CST参数单位设置模型原型分别有：长方体，圆柱体，矩形贴片。在仿真过程中用到：旋转，相减，相加的功能。材料选择：铜，FR-4介质材料。最后得出仿真模型如图3.4所示：图3.4验证天线模型图俯视图如下：图3.5验证天线模型俯视图3.2.3共面波导端口设置在软件仿真中给出了端口的系统尺寸计算，设计的馈电端口尺寸如下：图3.6共面波导参数设置图3.7共面波导端口3.2.4模型仿真当模型建立好后，进行频段的选择，为了将2.4GHz和5.5GHz包含在内，这里选用2-7GHz.如下图：图3.8频率上下限设定网格是电磁能量在空间分辨率上的体现，所以在仿真中网格的划分，尤其重要。在CST仿真的网格划分中首先是Meshtype网格类型的选择，此次仿真因为采用的是时域仿真，所以只能选择六面体网格Hexahedral，弹出如下图所示的界面:Linesperwavelength表示每个波长至少划分多少个网格点，其波长因由最大频率决定，它决定了电尺寸大于1的模型的网格划分，该项数值越大，网格越密。因为本文设计的天线为电小天线，所以在CST中网格划分中需要注意的是lowermeshlimit的划分，结构线度即最长对角线长度除以该参数就是最大网格步长。Meshlineratiolimit：模型里最大网格和最小网格的比值，它主要的作用是限制最小网格的步长。如下图3.9所示：图3.9CST网格划分3.2.5时域仿真分析CST仿真算法有时域分析法（时域有限差分法，时域有限积分法，时域传输矩阵法），和频域分析法（频域有限元法，频域边界元法，频域高频算法）。不同算法也采用这不同的网格划分，本文采用的是时域积分法。如下图3.10所示，输入阻抗设置为50欧，并在specials中的Waveguide中modecalculationfrequency中的频率调节为5.5GHz，如图3.11，然后软件进行仿真。图3.10时域仿真图3.11时域仿真special设置3.3验证结果分析通过仿真，在反射系数方面得到了如下的结果，=-10dBi以下的带宽为260MHZ，673MHz。同比论文中提到的带宽220MHZ更大，且两个频点为2.43GHz和5.5GHz，根据方向图和增益图可以看出，2.4GHz频点时的为1.95dBi，5.5GHz时增益为3.77dBi，天线的方向性为全向性，与论文中给出的天线方向图一致。此次验证存在一定的误差，经分析可能存在几个方面的问题：一是在参数设置上存在一定的误差，在天线模型建立的过程中，有基片和电容的设定，这里的参数就会存在误差，二是，在网格划分的时候，因网格划分不一样，收敛性不一样，在计算的时候可能存在误差，三是，在共面波导设置，文献作者只是提到过在仿真时使用的事共面波导的馈电方法，但是没有给出详细的模型及流程图，通过我自己的设计和建立的馈电模型，可也可能存在一定的误差，所以，最后采用作者给出的天线尺寸仿真出来的结果存在了一定的差异。但是忽略误差影响，通过结果的对比得出，对文献中天线结构的验证成功。图3.12验证天线反射系数图图3.13文献的天线反射系数图（a）（b）图3.142.4GHz(a)和5.5GHz(b)3D方向图及增益参数(a)H-plane (b)E-plane图3.15验证天线2.4GHz的(a)H-plane面与(b)E-plane面的方向图(a)H-plane (b)E-plane图3.16验证天线5.5GHz(a)H-plane面与(b)E-plane面的方向图图3.17文献天线(a)H面(b)E面方向图3.4天线组阵的设计经过对文献中给出的天线结构的优化，得到了一致的性能参数，确定结构及其参数可靠后，便以此为基础进行优化设计，本次设计的目的是设计出一种室内环境适应型的线状WI-FI天线，所以需要解决的问题是对于这种封闭或者半封闭的情况下Wi-Fi性能总不能得到很好地提升，辐射效果差，导致覆盖面积低的问题，所以在设计时需要考虑的是优化得结果需要更好的辐射性能，具有更好的传输效率、全向性。通过综合设计后，得出如下结构的天线模型。下图是对已有的天线结构进行阵列的优化，阵列天线相对于普通的单天线来说，可以得到更好的增益，以及波束方向好控制。在尺寸上进一步加长了共面波导上面传输线的长度，以此调节谐振频率，达到50欧的阻抗匹配。两付线单元天线之间的间距以超过谐振频率对应波长的四分之一，这里采用谐振频率为2.4GHz。图3.18创新天线结构图创新天线左视图和俯视图如下：(a)左视图(b)俯视图图3.19创新天线的左视图和俯视图天线参数如下：介质地板的厚度为1.6mm。天线的传输线：=21.55mm,=6mm,=13mm,传输线的半径=2.45mm,=1.9mm介质电容：=2.45mm,=2.8mm介质板参数：=21mm,=11.9mm,=10.4mm,=63.6mm,=6.8mm,=0.6mm3.5优化结果分析1）反射系数天线的反射系数图如下：图3.20反射系数图从天线中可以看出天线的谐振频点为2.4GHz和5.58GHz。带宽分别为301MHz和750MHz相比于原有的天线谐振频率在5.5GHz时的带宽得到明显的增加。2）方向图及增益图3.21频点2.4GHzH面的方向图及增益参数图3.22频点2.4GHzE面方向图及增益参数从天线方向图可以看出，2.4GHz时的增益为4.84dBi，天线的方向图为全向性。图3.23频点5.5GHzH面方向图及增益参数图3.24频点5.5GHzE面方向图及增益参数从方向图和增益参数可以看出，天线在5.5GHz时的天线增益为3.03dBi。天线方向为全向性。3)参数分析此次设计得出了一副双频段的线天线结构，其频点为2.4GHz和5.5GHz，当谐振频率为2.4GHz时的增益为4.84dBi，带宽为301MHz，5.5GHz时的增益为3.03dBi，带宽为750MHz,在天线辐射方向上为全向性。通过对天线单元进行阵列的优化实现了天线的增益的提高及带宽的加宽。但在通过对方向图的观察相比于验证的天线的方向图存在了一点差别，全向性效果比验证天线中的方向图略差但是得到了更高了增益和天线的辐射效率。所以此次的优化设计有着一定成功。3.6本章小结本章节主要内容是对文献中的天线结构的验证和天线组阵的设计，章节开始对仿真需要用到的商务仿真软件CST的建模流程给出详细的步骤，然后对文献天线验证的仿真结果与文献给出的结果进行了对比，总结其中的不足，并为天线的优化构思。随后以此为基础，对天线进行了阵列的优化，形成了一个的阵列天线，并给出了天线的反射系数及方向图和天线增益，与文献中的性能参数进行了比较，分析得出通过对单元天线的组阵优化，有效的提高了天线的带宽及天线的增益，在天线的传输效率上也得到了很大的改进。第4章总结与展望4.1总结本次的天线设计仍然存在着一些问题，在对查找的天线进行仿真验证后，便是自己的创新，文献所提到的主要是对正对于超材料介质天线进行创新设计，以此满足WI-FI802.11n协议的应用，而我所需要做的是在此基础上进一步的优化设计，提高它的增益，减小天线的反射系数，并使其具有更宽的带宽，设计首先得工作是对文献中所提及的天线结构进行仿真验证，但是文献中的作者对于天线结构的材料及尺寸给出的并不是很明确，所以在验证的过程中，也相当于对现有的天线结构的参数进行了重新的计算，通过仿真最后得到了于文献一样的结果。在以此基础的优化过程中，尝试了很多新的创新方法，如先是对天线臂的结构进行了更改，也改变了串联电容的位置，及天线臂的长度但是都不能有效的解决问题，并不能得到好的结果，然后又开始对天线进行了阵列优化的设计，对于结构的阵列天线取得了较好的效果，对于天线的增益和传输效率得到了很大的提高。毕业设计是我大学最大的一次考试，也是最难的一次考试，从选题后，我一直保持着认真、严谨的态度去完成我的毕设。从选题开始，与浦实老师交谈后，我就开始图书馆、导师、寝室三点奔跑。尽量多的了解有关毕设的信息，在图书馆，网上找相关的资料，了解线状WI-FI天线的国内外发展现状，以及去学校设计本系统需掌握的相关知识和软件，根据参照的文献，我选择了与文献相同的仿真软件——CSTMicrowaveStudio.在对CST学习的过程中以及在对参考文献中的天线进行验证的时候，存在着诸多的问题，以至于在仿真的时候总是不能达到理想的效果。通过浦实老师的指导，和我自身的努力，我终于克服了这些困难，做毕设期间，我每一天都过得很充实，而且也越来越喜欢这种感觉。4.2展望此次设计是对于线天线进行了的阵列优化，但是我觉得，在创新方面还不是让人很满意，在接下来的工作里，我期望再对此阵列天线进行进一步的优化，如在阵列方面可以实现或者的结构优化，对介质板尺寸进行进一步的改进，使共面波导馈电达到更好的馈电效果，最后希望通过将此天线制作成实物，并且能够运用于实际，满足大众的需求，更好的解决现阶段室内环境下的WI-FI信号发射不稳定，功率低、覆盖面积小等缺陷。参考文献Hallen,E.Theoreticalinvestigationintotheteansnuttingandreceivingqualitiesofantenaae.NovaActaSoc.Sci.Upsal.,1938:1-44祝志鹏,蒋凤仙,陈学峰.一种改进的遗传算法及其在线天线阵方向图综合中的应用.复旦学报（自然信息版），2001.姚超君.互耦对小间距天线阵增益影响的研究.哈尔滨工业大学，2007.A.And´ujar,J.Anguera,andC.Puente.OnTheradiationpatternoftheL-Shapedwireantenna.ProgressInElectromagneticsResearchM,Vol.6,91–105,2009E.S.Pires,G.Fontgalland,M.A.B.Melo,R.R.M.Valle,andS.E.Barbin.Metamaterial-InspiredWireAntennas.IEEETransactionsonmagnetics,2013：0018-9464P.Vsetula，Z.Raida.DipoleAntennaArraywithSynthesizedFrequencyDependencyofGainandReflectionCoefficient.2013:978-1-4673-5707-4任泽.复合左右手传输线理论与应用概述.中国矿业大学，第23届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第五届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集，2010.2008[C]．USA：IEEE，2008：321-324．克劳斯（KrausJD、作者），马赫夫克（MarhefkaRJ、作者），章文勋（译者）．天线（上册、第3版）[M]．北京：电子工业出版社，2011．克劳斯（KrausJD、作者），马赫夫克（MarhefkaRJ、作者），章文勋（译者）．天线（下册、第3版）[M]．北京：电子工业出版社，2011．钟顺时．天线理论与技术[M]．北京：电子工业出版社，2011．米利根（MilliganTA、作者），郭玉春（译者）．现代天线设计（第2版）[M]．北京：电子工业出版社，2012．波扎（作者），徐承和（作者），张肇仪（译者），等．微波工程（第3版）[M]．北京：电子工业出版社，2010．刘昕，邓阳凡，刘晟，等．无线路由器发射天线的建模研究[J]．中国科技信息，2008，14：131-132．万果夫，夏靖．无线路由器天线的改进[J]．电脑与电信，2008，07：50-52G.K.Mahanti,N.Pathak,P.Mahanti,“SynthesisofThinnedLinearAntennaArrayswithFixedSidelobeLevelusingRealCodedGeneticAlgorithm”,ProgressinElectromagneticResearch,PIER75.2007,pp.319–328.Pocklington,H.E.Elecricaloscllationsinwires.Camb.Phil.Soc.Proc.,1897,9:324-332M.Donelli,S.Caorsi,F.Denatale,M.Pastorino,A.Massa,“LinearAntennaSynthesiswithaHybridGeneticAlgorithm”,ProgressinElectromagneticsResearch,PIER49.2004,pp.1–22.TheParametricOptimizationofWireDipoleAntennas．IEEETransactionsOnAntennasandpropagation,vol.59,no.2,february2011PanagiotouSC，TsitouriCI,DimousiosTD，etal．Anew,compact,lowcostswitchedbeamarrayforISMandWLANapplicationsat2.4GHz．TheFourthInternationalConferenceonWirelessandMobileCommunications，Athens，2008[C].USA:IEEE:2008:321-324.FuschiniF，FalciaseccaG．Experimentalinvestigationoftheeffectsofsnowdriftsandicedepositonlinearwireantennasat2.4GHz[J]．IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters，2014，13：686-689．FantiA，MaxiaP，MusuC．AwireantennaforbroadbandWLANandWi-Fiapplications．The9thInternationalWirelessCommunicationsandMobileComputingConference，Sardinia，2013[C]．USA：IEEE，2013：763-768．CasulaG，MazzarellaG，MontisciG．AwireantennaforbroadbandWLANandWi-Fiapplications．IEEEAntennasandPropagationSocietyInternationalSymposium，Orlando，FL，USA，2013[C]．USA：IEEE，2013：1300-1301．致谢经过这几个月的努力，我的毕业设计一种室内环境适应型线状WI-FI天线的阵列优化设计终于完成了。通过这次毕业设计对系统的理论设计、天线结构的设计等流程终于完成了对系统的制作，通过自己亲自动手才明白书到用时方恨少，在大学学习中虽然学习过《微波技术与天线》和《电磁场与电磁波》等相关的课件，但是当自己想把学习到的东西运用于实践才发现这是多么的困难，甚至无从下手，大概主要原因是在做毕设之前，我所学到都是课本上的知识，自己的动能实践能力和这种科研能力很缺乏，在做毕设时，才觉得自己是多么无力，也明白了理论也需要和实践结合，我们才能学的更扎实，还有我们需要把心态摆正，不要一遇到困难就轻言放弃，这也不符合我们大学求知，创新的精神。随着毕业设计慢慢拉上帷幕，我的大学生涯也即将画上句号，在这里我特别感谢我的导师浦实，毕业设计的过程是艰难的，从毕业设计选题开始，我的内心都是忐忑的，我没有把握能成功做完毕设，但是跟**老师交谈后，给了我很大的动力和信心，浦实老师给我的毕设提出了很多建议和指导，告诉我如何做好毕设的方法，建议我去阅读关键的文献和资料，教育我要诚实做人，踏实做事，“埋头才能抬头”，使我的人生观又上了一种境界。每次我有问题，百思不得其解时，或者遇到技术上的问题时，我都会请教浦老师，浦老师平时工作很忙，日理万机，但是遇到我有会毕设上的问题向浦老师请教时，浦老师都会抽空帮我解答疑惑，给我技术上的指导，特别是在天线的创新设计的时候，由于我的基础很薄，浦老师给我讲了很多经验和方法，总能迅速找到我毕设问题的根源，给与我关键性的指导，让我由衷的佩服。再次感谢浦老师，我一定会以您为榜样，向您致以最真挚的谢意！其次是我的同学，在仿真时遇到很多问题时，跟我一起做毕业设计的同学也都会与我讨论，帮助我度过难关，最后实现自己想要的结果，如果说没有同学的帮忙的话，我想很多时候我都会绕很多弯路，在学习的同时，我的同学首先给予了他们的经验，让我在设计仿真的过程中少了很多的弯路，感谢他们。另外感谢我的同学和大学教过我的每一位老师，我的世界因为你们而更加精彩，这也为了我的人生留下一笔绚丽的色彩。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究HYPERLINK"/de