摘 要

介质谐振器天线（DRA）在现代无线通信技术中应用多元。它的优点主要有：体积小、重量轻、成本低、辐射效率高、馈电方式多等。

本文提供了一种2.45GHz的介质谐振器天线的设计方案，并提供了此设计方案的仿真结果。此天线采用矩形形状设计，工作频段为2.40GHz-2.50GHz，且适用于WPAN（IEEE802.15.4）标准中2.45GHz谐振频率。文章依次介绍了此2.45GHz DRA的理论计算、天线设计尺寸、采用馈电机制、天线性能指标等。文中采用了Ansoft公司的HFSS软件对此天线设计进行仿真，通过多次优化天线参数、调整天线设计最终达到了既定设计要求，完成了一整套天线设计仿真的全过程。

论文最后提供了微带线直接耦合馈电、探针边缘馈电和共面波导馈电三种馈电方式对于天线性能的影响，给出了直观的天线设计和性能分析。

关键词：矩形DRA；微带线；探针；HFSS

ABSTRACT

The dielectric resonator antenna (DRA) has multiple applications in modern wireless communication , accompanied with its advantages such as small , light , low cost , high radiation efficiency , abundant feeding ways and so on .

This paper provides the learners with a design of 2.45GHz DRA and its simulation results . Working on the frequency of 2.40GHz-2.50GHz , this rectangle DRA is suitable for 2.45GHz resonant frequency mentioned in WPAN(IEEE802.15.4) . In a proper order , this article shows the theoretical calculation of the antenna , its size , the feed mechanism and the performance of it . Adopting the HFSS simulation software provided by Ansoft Inc. , we optimize the parameters and recorrect the size of the antenna to reach the requirement .

In the article , it's easy to find the performance of this antenna design influenced by microstrip line direct coupling feeding , probe dege feeding and coplanar waveguide feeding . It's also a good reference for the following learners , which introduces a whole set of antenna design progress and the simulation of a 2.45GHz DRA .

Keywords: Rectangle DRA Microstrip line Probe HFSS

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 3

第一章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.2研究现状 2

1.3 发展前景 2

1.3.1 宽带/超宽带DRA 2

1.3.2 圆极化DRA 2

1.3.3 双频段DRA 3

1.3.4 小型化DRA 3

1.4 课题研究内容及预期目标 3

第二章 矩形介质谐振器天线的理论分析 4

2.1 天线的基本概念和各项参数 4

2.1.1方向性 4

2.1.2阻抗匹配 5

2.1.3带宽 5

2.1.4效率和增益 6

2.1.5极化 6

2.2介质谐振器的工作原理 6

2.3矩形介质波导的工作原理 7

2.3.1矩形介质波导模型 7

2.3.2矩形波导的内部场结构 9

2.4馈电机制 10

2.4.1 微带线耦合 10

2.4.2 同轴探针馈电 11

2.4.3 共面波导馈电 12

2.5数值分析方法 12

第三章 矩形DRA的设计与仿真 14

3.1微带线直接耦合DRA 14

3.1.1天线参数 14

3.1.2 参数优化 16

3.1.3 优化后的天线性能 17

3.2 探针边缘耦合天线 20

3.2.1 天线参数 20

3.2.2 参数优化 21

3.2.3 优化后的天线性能 22

3.3 共面波导耦合天线 25

3.3.1天线结构 25

3.3.2 参数优化 26

3.3.3 优化后天线性能 29

第四章 结论及展望 32

4.1结论 32

4.2展望 32

致 谢 33

参考文献 35

第一章 绪论

近几十年来，无线通信在电子领域发展迅速，应用到生活的各个方面。而电磁波作为无线通信系统的传输媒介，如何利用天线对其进行高效率的发射及接收，跟通信质量息息相关，所以在无线通信系统中，天线始终占据着不可忽视的地位。近几年来，由于无线通信科学技术的高速发展以及市场对于天线需求的提高，人们对于天线的性能要求更加苛刻，其中，既小型化又有高效率的天线一直是科学界研究的重点。对于此，介质谐振器天线（Dielectric resonator antenna，DRA），由于其良好性能，引起人们的广泛的关注以及大量的研究[^[1]]。

1.1 目的及意义

20世纪以来，通信质量的不断提高，对于天线的三维尺寸、频带、损耗等性能方面提出了更高的要求，所以应发展要求，出现了两种小尺寸天线，微带天线和介质谐振器天线。其中，微带天线拥有质量轻、轮廓低等优点，所以各种形状的微带天线拥有很大的市场，比如圆形微带天线，矩形微带天线等。但微带天线两个关键性技术瓶颈也不容忽视：其在高频应用时，金属欧姆损耗高，但是在低频时，三维尺寸不可避免的过大。所以，这两个瓶颈限制了其应用和发展。但是，介质谐振器天线（DRA）具有鲜明的特点，其优点总结如下：

(1)其激励方式选择面广，包含微带线馈电、微带缝隙馈电、同轴探针馈电、共面波导馈电、波导缝隙等[^[2]]。