西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告 系别电子信息系
专业通信工程
电解离子接地棒班级B090310
姓名白毅文
学号B09031001
导师陈蕾
2012年12月21日
一. 毕业设计（论文）题目背景、研究意义及国内外相关研究情况。 1.1题目背景及研究意义
自从20世纪70年代中期微带天线理论得到很大发展以来，由于微带天线体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于与目标共形等优点而深受人们亲睐，在雷达、移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统(GPS)等领域得到广泛的应用。天线，在任何无线电系统组成中，都是必不可少的组件。简单地说，天线是一种导行波与自由空间波之间的转换器件或换能器，完成空间波和传输线导行波之间的相互转换。天线的基本功能是实现辐射或接收无线电波，分别称为发射天线或接收天线。圆极化作为微带天线理论和技术应用的一个重要分支，被广泛的运用于雷达、导航、卫星等电子系统中。由于其特性，使得收发天线间有很强的角度位置定位灵活性，并且能减小信号的多路径干扰和其他的一些影响。此外，宽带通信具有通信容量大、保密性好、抗多径干扰能力强等许多优点，是21世纪通信系统的发展方向，从而对通信设备的宽带化也提出了越来越高的要求。其中宽带天线就是无线通信系统所要研究的一个重要部分。本论文主要针对无线通信中的圆极化微带天线设计、分析与应用技术进行了研究与探索。 1.2研究意义
微带天线的发展正方兴未艾，应用前景非常广泛。由于应用的需要，微带天线在许多方面还将得到进一步的发展，如天线介质材料的更新，天线的多极化技术，分形技术，光子带隙技术以及计算机辅助设计技术和计算机辅助制造技术等。随着技术的发展以及人们对微带天线的深入研究和探讨，微带天线将会得到更为广泛的用。酒炮
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1.3国内外相关研究情况
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微带天线随着应用领域的快速扩展而开始被广泛的研究和使用。其中许多学者和工程师对微带天线的双频，多频操作进行了大量的研究应用.早期发展的结构为堆叠式与共平面式的结构，之后随着频率比，极化要求以及整体天线体积上的要求，并配合不同的馈入方式而有各种不同设计结构出现。例如有使用多个寄生元件或两个独立辐射元件的结构，有利用单一馈源或同时使用两个独立馈源在不同位置的设计，也有利用植入电抗性负载的设计，这些电抗性负载广义而言包括短路同轴微带，嵌入的微带线，短路棒，变容二极管，槽孔等等.在解决微带天线窄频带特性的问题上，各种设计不断推陈出新，所利用的方法也不断被开发并互相结合。二. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施。
2.1研究的主要内容
天线分析的基本问题是求解天线在周围空间建立的电磁场，求得电磁场后，进而得出其方向图，增益和输入阻抗等特性指标。分析微带天线的基本理论大致可以分为三类。最早出现的也是最简单的是传输线模(TLM —Transmission Line Model)理论，主要用于矩形贴片。更严格更有用的是空腔模型(CM-Cavity Model)理论，可用于各种规则贴片，但是基本上限于天线厚度远远小于波长的情况。最严格而计算最复杂的是全波(FW-Full Wave)理论，全波分析中常常需要使用到各种数值方法。从原理上来说，
全波理论可用于各种结构，任意厚度的微带天线，然而要受到计算模型的精度和机时的限制。从数学处理上看，第一种理论把微带天线的分析简化为一维的传输线问题；第二种理论则发展到二维边值的问题的求解；第三种理论又进了一步，可以计入三维的变化，不过计算也费时的多。自然，这三种理论仍在不断的在某些方面有所发展，同时也出现了一些别的分析方法。基于对全波理论中积分方程法的简化，产生了格林函数法(GFA-Green Function Approach)；而由空腔模垫的扩展，出现了多端网络法(MNA-Multiport NetworkApproach)等。本设计在基板与地板之间增加空气来降低等效介电常数，从而达到增加宽带的目的，增加了空气层介质后，探针长度将变长，馈电探针的电抗作用明显。为了改善天线的阻抗特性，采用反转容性探针馈电方式进行补偿。如图1所示。
图1 有空气隙的微带天线结构
z
接地板
空气
介质 贴片 y
z
i52
x
L
W h 1
h 2 x
2.2研究方案、研究方法或措施
制作交通工具本论文将分析总结多种实现微带天线设计方法，尤其是对UHF频段的微带圆极化天线结构做了详细分析，研究了天线高度，短路金属板宽度与谐振频率之间的变化关系等。在使用3D电磁场仿真软件HFSS对天线结构进行仿真的基础上，结合多种设计方法，提出了两种新型结构的微带天线，分别应用于WLAN，移动通讯终端。论文中新型结构的微带天线具有占用体积小，频带宽，效率高等优点。为了验证仿真结果，制作并测试相应的天线，对实验结果与仿真结果要进行对比，验证是否吻合。针对微带天线的设计，目前流行的设计软件主要有基于有限元法的HFSS和基于矩量法的Ensemble两种软件。HFSS具有的主要特体现在：用户可以通过交互式界面输入任何结构的微波部件和各种不均匀区的几何形状、尺寸、材料特性参数、端口位置和端口阻抗定义线。按用户指定的精度计算多端口结构端口处的S参数。以电场强度E和磁场强度H作为基本物理量，从麦克斯韦(Maxwell) 方程出发，
求解微波元件中的电场和磁场的分布和各种曲线及图形。可以同时分析多个微波元件，即进行并行处理。HFSS是一种功能比较完备的三维场仿真软件。Ensemble软件也是场仿真软件, 他可以计算和仿真单层和多层微带天线、多种微带电路以及多种阵列天线等。但是不能绘制和仿真结构复杂的三维微带天线，相对HFSS而言有一定的差距。总的来说，正是由于这些设计软件的出现，大大缩短了微带天线的设计周期，降低了研制成本，为微带天线的研究工作人员提供了一个方便而有力的设计工具。
2.3预期成果形式
微带天线由于具有体积小，重量轻，剖面薄，易与飞行器共形，易于加工，易与有源器件和电路集成为单一模块等诸多优点，因而自其诞生以来就得到社会各界的广泛研究与应用。但通常的微带天线主要是一种谐振式天线，相对带宽较窄。同时，随着通讯技术的发展，宽带的应用越来越受到重视，新的标准相继提出，通讯产品越来越小型化，物理空间的限制成为系统设计必须考虑的重要因素，因此天线的小型化成为天线设计的又一研究热点。如何设计出同时具有体积小，增益高的微带天线是当前微带天线设计的难点与重点。
三. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作
重点及难点：
a.ANSOFT.HFSS一些主要原理以及关键技术的理解；
b.阅读器中天线阵列的空间位置的排列及天线材质和尺寸的选取；
c.空气贴片天线的特点SIW的掌握。
前期已开展的工作：
天线的小型化成为天线设计的又一研究热点。如何设计出同时具有体积小，增益高的微带天线是当前微带天线设计的难点与重点。
查阅相关资料，了解了论文中将要涉及到的名词定义，了解了电磁场仿真软件的应用，掌握了一定的基础理论知识，为中期学习做了一些知识储备。
四. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）
第17—18 周，收集相关资料，学习电磁场和电磁波原理，并完成开题报告；
第18—19 周，分析阅读有关天线，天线设计的相关理念；
第19—新学期3周，进行微带天线的仿真, 撰写中期报告；
第 4 —13 周，优化方案, 完成外文翻译，整理资料，撰写论文；
第13—15 周，完成毕业论文撰写，准备答辩。
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