基于HFSS的蓝牙阵列天线的设计

吉林农业大学本科毕业设计题目名称：基于HFSS的蓝牙微带阵列天线设计学生姓名：杨桦院系：信息技术学院专业年级：电子信息科学与技术2班指导教师：顾洪军职称：讲师2015年5月20日目录基于HFSS的蓝牙微带阵列天线设计...........................................I1前言...................................................................11.1蓝牙的定义...........................................................11.2微带天线的定义.......................................................31.3微带天线的发展.......................................................31.4阵列天线的定义和优点.................................................41.5HFSS仿真软件的介绍..................................................41.6微波的定义............................................................62天线的基本理论.........................................................62.1天线的方向图.........................................................62.2天线的辐射强度........................................................72.3天线的方向性系数......................................................82.4天线的效率...........................................................92.5天线的增益...........................................................92.6天线的输入阻抗......................................................102.7天线的极化..........................................................103微波的基本概念........................................................124微带天线的基本理论.....................................................134.1微带天线的辐射机理..................................................134.2微带辐射贴片尺寸估算................................................145阵列天线的基本理论....................................................155.1阵列天线的发展......................................................155.2阵列天线的分类.......................................................165.3阵列天线的基本原理..................................................165.4直线阵列天线的基本原理..............................................176微带阵列天线的设计....................................................206.1微带阵列天线单元的设计..............................................206.1.1辐射贴片单元的尺寸................................................206.1.2辐射贴片单元的阻抗匹配.............................................206.1.3微带线的尺寸.......................................................216.2微带阵列天线的整体设计..............................................236.2.1阵元间距的确定....................................................236.2.2阵列天线馈电网络的设计.............................................246.2.3阵列天线的软件建模................................................267微带阵列天线的软件仿真................................................277.1天线的仿真数据......................................................277.2天线的仿真结果分析..................................................298结论..................................................................33参考文献.................................................................33致谢...................................................................34I基于HFSS的蓝牙微带阵列天线设计姓名：杨桦专业：电子信息科学与技术指导教师：顾洪军摘要：随着科技和经济的快速发展，大量的天线被应用到太空科技、航海和移动通讯等领域，例如：小型化天线、多功能天线和多种实用性天线。蓝牙是信息时代最具代表性的技术之一，主要应用于短距离无线通信。蓝牙技术已经被广泛应用于多种通信领域。蓝牙技术拥有较多的优点，例如：数据的快速传输和较好的信息安全性。微带贴片天线具有尺寸小、重量轻和易于制造等优点。因此，本文就利用微带贴片天线设计出一种1x4单元的微带贴片蓝牙阵列天线。关键词：微带天线；阵列天线；蓝牙TheDesignofPatchArrayAntennaApplyingforBluetoothwithHFSSName：YangHuaMajor:ElectronicinformationofscienceandtechnologyTutor：GuHongjunAbstract:Withtherapiddevelopmentofeconomyandscience,plentyofdemandsofantenna,forexample,miniaturization,multipleservicesandpracticabilityhavebeentakenintoconsiderinspacetechnology,navigationandmobilecommunication.Bluetoothisatechnologyofshortdistanceandwirelesscommunicationanditisoneofthemostrepresentationaltechnologyofinformationage.Bluetoothhasbeenappliedtovariousindustriesofcommunicationwidelyanditiscapableofnumerousadvantages,forexample,fastdatatransmissionandfavorableinformationsafety.Themicrostrippatchantennaiscapableofsmallsize,lightweightanditcanbefabricatedconveniently.Hence,thedesignofthispapertakeadvantageofmicrostrippatchantennatodesigninga1x4elementsBluetootharrayantenna.Keywords:microstripantenna;arrayantenna;Bluetooth11前言现代社会是一个全球通信业务高速发展的社会，其中的无线移动通信系统尤其受到世界各国的格外关注。无线通信系统不仅在军事上的应用非常广泛，而且其在民用上的应用也是非常的普遍。例如，手机通讯，无线网络，蓝牙传输等领域。天线，作为射频信号到无线信号转化的器件，在无线通信系统中占有至关重要的地位，可以说天线就是各种无线网络沟通交流的信号灯。天线的种类琳琅满目，从简单的偶极子天线，环形天线到缝隙天线，喇叭天线，抛物面天线，阵列天线，每一类天线都有擅于发挥其自身性能的应用场合。微带天线作为一种小型化，多功能化的现代天线越来越受到业界的重视，从20世纪60年代至今，微带天线已经有了大幅度的发展和改进。蓝牙在无线通信系统中的应用非常广泛，作为一种现代科技的技术产物，它令我们的和世界的交流更加方便。本文基于当今世界的发展趋势提出一种应用于蓝牙技术的微带贴片阵列天线，并且通过仿真软件得到基本的设计方法。1.1蓝牙的定义蓝牙是新的信息时代下的一种跨时代的高科技技术，它是一种可以作为短距离信息无线传输的一种科技手段，蓝牙广泛的应用于无线通信的各个行业，例如：手机终端、航海通信、具有短距离的信息传输要求的场合等等。蓝牙是近年来具有跨时代的一种科学技术，因为是应用于无线传输，所以蓝牙本身工作在微波频段，从微波频段的划分上来看，它工作在UHF频段。具体来说，2.4G频段即为蓝牙工作频段。2.4G频段在全球上来说是被各大无线通信组织和企业承认的可以自由使用的没有政府限制的自由频段，所以从这点上看，蓝牙波段选在此频段对于推广范围的使用是有非常大的益处的。如今蓝牙由蓝牙技术联盟（BluetoothSpecialInterestGroup，简称SIG）管理。蓝牙技术联盟在全球拥有超过25,000家成员公司，它们分布在电信、计算机、网络、和消费电子等多重领域。IEEE将蓝牙技术列为IEEE802.15.1，但如今已不再维持该标准。蓝牙技术联盟负责监督蓝牙规范的开发，管理认证项目，维护商标权益。制造商的设备必须符合蓝牙技术联盟的标准才能以“蓝牙设备”的名义进入市场。蓝牙技术拥有一套专利网络，可发放给符合标准的设备。[蓝牙的波段为2400–2483.5MHz（包括防护频带）。这是全球范围内无需取得执照（但并非无管制的）的工业、科学和医疗用（ISM）波段的2.4GHz短距离无线电频段。蓝牙使用跳频技术，将传输的数据分割成数据包，通过79个指定的蓝牙频道分别传输数据包。每个频道的频宽为1MHz。蓝牙4.0使用2MHz间距，可容纳40个频道。2第一个频道始于2402MHz，每1MHz一个频道，至2480MHz。有了适配跳频（AdaptiveFrequency-Hopping，简称AFH）功能