论文总字数：20228字

摘 要

超宽带技术作为发展潜力巨大的有着极大优势的前沿技术，有着速率高，抗多径效应和成本等特点，作为通信系统的重要部分之一，超宽带技术引起了越来越多学者的关注和研究。相对一般天线来说，其设计、仿真与应用更有难度。3.1GHZ-10.6GHz被国际联邦通讯委员设为超宽带技术工作频段，并批准其民用，使得超宽带技术在实际应用中越来越重要。超宽带天线除了需要有极宽的工作频带，还需要容易和平面大规模电路集成，超宽带天线需要具有结构简单、成本低廉、宽带宽、通信速率高、耗能小等特点，这是不能缺少的基本性能,微带天线由于方便与其他电路集成、平面化、空间占比小等优势被很好地应用于民用通信系统，因此本文设计选取微带天线作为基础参考天线，但是超宽带通信工作的频带范围，也有一部分被分配给其他窄带通信系统，两者之间可能存在电磁干扰，所以设计在特定范围内具有带阻特性的的宽带天线成为现如今天线领域工作者主要研究方向。本文研究设计步骤如下:第一，对天线的基本参数进行简单阐述;第二，简单阐述研究微带天线的基本原理;第三，提出超宽带天线基本设计要求和超宽带天线的分析方法等。最后设计一款符合性能要求的微带天线，进行仿真分析优化，利用微带天线的频带展宽技术对其频带进行拓宽，根据基本设计要求对天线的陷波提出要求，为了消除特定频段内的电磁干扰，根据陷波理论对设计的微带天线进行陷波设计，基本达到该课题的毕设要求。

总的来说，本论文对微带天线进行研究设计，然后展宽它的频带，利用已知天线陷波理论，实现它的带阻特性，消除电磁干扰，使其能够很好地被运用到实际中去。

关键词:微带天线、频段展宽，超宽带微带天线、陷波特性

Design and Simulation of ultra wideband antenna based on HFSS

Abstract

As an important part of communication system, ultra wideband technology has attracted more and more scholars' attention and research. Compared with the general antenna, its design, simulation and application are more difficult. The 3.1ghz-10.6ghz frequency band is regarded as the working frequency band of UWB technology by the international Federal Communications Commission (FCC) and approved for civil use, which makes UWB technology more and more important in the practical application of academic and industrial fields. In addition to the extremely wide working frequency band, the UWB antenna needs to be easily integrated with large-scale planar circuits. The UWB antenna needs to have the characteristics of simple structure, low cost, wide bandwidth, high communication rate, low energy consumption, etc., which are indispensable basic performance. The microstrip antenna is easy to integrate with other circuits, planarization, high-speed and low-cost The advantages of small space share are well used in civil communication system, so the microstrip antenna is selected as the basic reference antenna in this paper. However, part of the frequency band of UWB communication is also allocated to other narrowband communication systems, and there may be electromagnetic interference between them, Therefore, the design of broadband antenna with band stop characteristics in a specific range has become the main research topic in the field of antenna. The research steps of this paper are as follows: firstly, the foundation of the antenna is briefly introduced, and the microstrip antenna technology is analyzed theoretically, and the basic requirements and analysis methods for the design of UWB antenna are proposed. Then, a microstrip antenna that meets the performance requirements is designed, simulated and optimized. In order to meet the basic design requirements of ultra wideband antenna, the band broadening theory and technology of microstrip antenna are used to broaden its band.

In general, this paper studies and designs the microstrip antenna, and then broadens its frequency band, uses the known antenna notch theory to realize its band stop characteristics, eliminates electromagnetic interference, and makes it well used in practice.

Key words: microstrip antenna, band broadening, Ultra Wideband Microstrip antenna, notch characteristics

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1选题背景及意义 1

1.2 国内外发展现状 1

1.3 本文主要工作内容 2

第二章 超宽带天线基础 3

2.1电基本振子辐射场 3

2.2 天线的主要性能参数 4

2.2.1 辐射方向图与方向性系数 4

2.2.2 辐射强度 5

2.2.3 天线的输入阻抗与驻波比和回波损耗 5

2.2.4 天线带宽 6

2.2.5 效率和增益 7

2.2.6超宽带天线的两个特性参数 7

2.3微带天线技术的理论分析 8

2.3.1 微带天线的定义与分类 8

2.3.2 微带天线的辐射机理 9

2.3.3 微带天线的馈电 12

2.3.4 微带天线的传输线模型分析 14

第三章 超宽带天线技术 18

3.1 UWB天线的定义与分类 18

3.1.1 超宽带天线定义 18

3.1.2 UWB天线的分类 18

3.2 超宽带天线的分析方法与HFSS介绍 18

3.2.1有限元法 18

3.2.2 HFSS介绍 20

3.3超宽带天线的设计要求 20

3.4超宽带微带天线中频带展宽技术 21

3.5超宽带微带天线的陷波技术 21

第五章 陷波超宽带天线设计与仿真分析 23

5.1 基础天线的设计 23

5.2超宽带微带天线的宽带化 25

5.3 天线的陷波设计 28

总结与展望 30

致 谢 32

参考文献 33

第一章 绪 论

1.1选题背景及意义

天线作为无线通信系统的一部分，重要性不言而喻。它的作用是把从发送端接收的电信号转变成电磁波传送到空间，抑或收取来自空间的电磁波，转换成高频信号传输给接收端，实现信号在自由空间的交换。在时间进程中，传统天线已经不适于应用，为了实现无线的小型平面化和信号更高效的传输，超宽带天线的研究也逐渐提上日程。科学的不断进步也越来越有利于超宽带天线设计与开发。随着需求越来越高，超宽带技术重要性被认识到，天线领域的学者也更加致力于超宽带天线的研究。

伴随着通信技术上的进步以及社会生活水平的提高，对天线的性能和应用领域扩展的要求也日益提高，之前没有得到技术利用的频段重新进入了人们的视野。因此，许多高频段的无线电产品被人类开发并得到普遍的应用和认同，通过定义频谱资源，完成发射机理论架构，无线电信号的传输得到了有效管控与监测。超宽带天线拥有超宽带宽，体积小，成本低，携带方便等优势，能够解决传统天线在实际运用中的难题，在商用和军事范畴得到普遍认同和利用，现如今采用超宽带、微带天线技术的小型易携带设备成为人们的主要需求，因此对超宽带天线的研究具有重要意义。超宽带天线常规定义为相对带宽gt;20%或者绝对带宽gt;500MHz，要求在频段范围内VSWRlt;2和S11lt;-10dB。超宽带天线带宽过大小不适中都会影响天线性能，超宽带系统带宽需要和天线有效带宽相同，并且整个频段在同一时刻都被使用，提高频带利用率，信号能够得到有效传送；天线没有失真时，天线指标要满足近似线性的相频响应；为了能制作更好携带的无线电设备，天线还要尽量小；拥有辐射全向性等，这些都是超宽带天线的特殊性。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：20228字