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摘要本文首先介绍了锥状波束天线的定义、应用背景和研究现状，接着设计并仿真了一个工作频率为2.45 GHz的锥状波束天线。该天线采用印刷Alford环式结构，为了改善天线的回波损耗性能，在环式结构的外面套一个柱状开缝结构，底部放置一个金属地板以使天线的全向波束上翘从而形成锥状波束，Alford环式结构印制在FR-4印刷电路基板上。采用三文电磁仿真软件HFSS对天线进行了仿真，并进行了环翼长度、环翼宽度、套筒长度和缝的宽度等参数对天线回波损耗的影响的研究。仿真的结果表明，天线的工作频率为2.45 GHz，阻抗带宽为40 MHz（|S11|<-10dB），天线的增益为3.3 dB。30629
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关键词 锥状波束 Alford环
毕业论文设计说明书外文摘要
Title Design of Alford loop antenna
Abstract
The definition, background and review of conical beam antenna are introduced briefly at the beginning of this thesis. Then a conical beam antenna working at 2.45GHz has been designed. This antenna includes three parts: an Alford loop structure printed on FR-4, a sleeve with 4 slot and a metal plate as the ground of the antenna. Return loss can be improved by using the sleeve. Conical beam can be generated from omni-directional beam by placing a ground plane at the bottom. 3D electromagnetic simulation software HFSS has been used to simulate the design. Simulation shows that impedance bandwidth is 40 MHz (|S11|<-10dB) and the gain of the antenna is 3.3 dB.
Keywords Conical beam Alford loop
目 次
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2锥状波束天线的研究现状及发展史 2
1.3 Alford环天线 3
1.4本文的主要研究内容 3
2 Alford天线的理论分析 5
2.1 驻波电流 5
2.2水平极化 6
2.3环形天线 6
2.4 小环 7
2.5大环天线 9
2.6 Alford环 11
2.7套筒天线 12
3 Alford环天线设计的过程 13
3.1天线的技术指标 13
3.2天线的基本参数设计 13
3.3运用HFSS进行天线整体仿真及参数研究 14
结 论 21
致 谢 22
参考文献23
1 引言
1.1 研究背景
Alford环天线具有增益高、体积小和方向图全向的特点，广泛应用在无线传输系统中，特别是近年来需求不断增加的WLAN系统中。Alford环包括两个弯折的偶极子和一个平行双传输线结构，在平行双传输线的中间加入同轴电缆对天线进行馈电。同轴电缆的内导体和外导体分别连接在传输线的两根导体上。基于此特点，Alford环天线可以加工在印制板上，有利于批量生产。目前在笔记本电脑、蓝牙设备和移动通信基站中得到广泛的应用。除此之外，常规Alford环天线可以方便的改造成锥状波束天线，并且由于它具有水平极化的特性，可以减少信号由于多径传播的所带来的损耗。
锥状波束天线是波瓣图和极化方向径向对称的一类天线[2]。在法线方向上，锥状波束天线没有辐射，它的最大辐射方向在与法线成一定角度的锥形面上。锥状波束天线广泛应用于移动卫星通信中、基站与移动车辆之间的通信中及通信互联网领域[3]，目前有着非常重要的应用价值。此外汽车表面共型的车载雷达，大区域覆盖的移动通信基站也都使用这种天线。
微带圆形贴片是最简单的锥状波束天线[2]，当它工作在某些高次模式就能产生锥状波束天线，该天线可以用同轴电缆馈电。由于单个圆形贴片口径很小，所以天线的增益很低。为了解决这个问题，增加上盖板形成Fabry-Perot腔可以使天线的有效口径增大，增益提高，进一步提高了它的应用范围[13]。另一种锥状波束天线是用微带阵列来实现的[2]，微带单元围绕着一个中心点来分布，这种天线增益虽然有所提高，但因其馈电复杂，波束不圆度变差，即固定的俯仰角上的周向增益起伏很大，所以应用场合也十分有限[9]。