摘 要

由于现在的无线通信技术已经逐步应用于高铁或地铁等轨道交通系统中，所以本文设计出了应用于车--地互联的双频微带天线，天线的结构简单，采用的是用微带线进行耦合馈电，通过微带线与三角形贴片的耦合馈电来实现双频的功能，并使用FEKO软件进行优化和仿真，对照仿真结果图进行分析，主要对其反射系数、增益以及E面和H面方向图。

由于要设计双频微带天线，所以本文对天线的理论进行了一些叙述，在天线的理论中，天线的性能、天线的参数以及天线的分类，并且本文也叙述了一些基本的天线，包括了叠层耦合天线、宽带天线、微带天线及缝隙天线等。

关键词：微带天线、双频、车—地互联、天线理论

Abstract

Due to the current wireless communication technologies have been developed and applied in the high-speed rail or metro rail transit system, so this paper designs a dual band microstrip antenna used in car - interconnection, the antenna has the advantages of simple structure, the coupling is fed by microstrip line, through coupled microstrip line and triangular patch to achieve dual frequency the function, and was optimized and simulated using FEKO software, the control simulation results were analyzed, mainly on the reflection coefficient, the gain and the E and H patterns.

Due to the design of dual band microstrip antenna, so the theory of antenna are described, in antenna theory, the performance of the antenna, antenna and antenna parameter classification, and this paper also describes some of the basic antenna, comprising a coupling antenna, broadband stacked antenna, microstrip antenna and slot antenna.

Keywords:Microstrip antenna, dual frequency, train ground internetworking, antenna theory

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文的工作内容及安排 2

第2章 FEKO的简介及建模的步骤 4

2.1 FEKO的简介 4

2.2 以微带贴片天线为例的天线建模步骤 4

2.2.1初步建模 4

2.2.2 设置求解 9

2.2.3网格信息 11

第3章 天线理论 13

3.1 天线的性能 13

3.2天线的分类 14

3.3天线的基本参数 14

3.3.1.方向图函数及方向图 14

3.3.2辐射功率和辐射强度 14

3.3.3 方向性系数 15

3.3.4效率与增益 16

3.3.5天线的极化 17

3.3.6天线的输入阻抗 18

3.3.7天线的有效长度、有效面积 18

3.3.8天线的频带宽度 19

3.4天线的类型 20

3.4.1叠层耦合微带天线 20

3.4.2宽带工作天线 20

3.4.3微带天线和缝隙天线 20

3.4.4小型化分形天线 21

第4章 天线的结构设计及参数分析和仿真结果分析 22

4.1天线的结构设计 22

4.2天线的参数分析 23

4.3 仿真结果与分析 23

第5章 总结及展望 26

参考文献 27

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着无线通信技术的发展，无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）由于灵活便捷得到了广泛的应用，无论是在家，还是在户外，随时随地都能感受到无线局域网的覆盖，而在更多的方面，如航空航天、城市轨道交通、医护方面、通信系统等，WLAN的应用更加的多与重要。

而使WLAN应用的更为广泛的就是天线的研究与设计，天线的设计对通信工程起到了很关键的作用，天线在实际生活中要考虑的地方有很多，不同的地方建立天线的要求都不同，如方向性、增益、预置下倾角和零填充等需要了解清楚。

由于现代集成电路技术的发展，无线电设备的体积大大的减小，相比之下，天线由于是整个设备的一部分，所以在外形上的相对尺寸就显得越来越大。所以现代通信系统迫切的需要一种体积小、重量轻的新型天线。1953年，有人提出了微带天线的概念，它具有重量轻、体积小、成本低、平面结构简单、可以与集成电路兼容等优点，在几何尺度上有了很大的改观。

随着无线通信技术的发展 , IEEE802. 11b 和 IEEE802. 11a 协议逐渐受到重视 ，从频谱资源分配上来看，原有的802.11b（2.402-2.480 GHz）协议中的带宽和传输速率是非常有限的，已经不能满足如今数据通信的要求，因此，能够兼容更高、频谱资源更为充裕的802.11a（5.15-5.35 GHz）协议是WLAN发展的必然趋势。为了满足数据通信需求和双频段工作的需要 ,为了满足社会和市场发展的需要，部署能兼容IEEE802.11a和802.11b规范的多模式无线网络并且能应用于WLAN的双频微带天线的研究成了热点。

近年来，我国城市轨道交通建设进入了快速发展阶段，其安全性的舒适性得到社会的普遍关注^[1]。一方面，乘客已不满足于少量的类型单一的文本、声音信息服务、城市轨道交通迫切需要提高信息服务水平，从服务上吸引乘客；另一方面，国外城市轨道交通恶性事件频发，地铁列车需要增加足够的监控措施，以防范于未然，城市轨道交通需要直观的了解现场情况，迫切需要高速率的车载视频信息传输^[2]。基于这些原因，需要无线全面覆盖列车。

1.2 国内外研究现状

就近几年看，有多频集成天线，频带覆盖全球定位系统（Global Position System，GPS）(1.57542 GHz)、分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）(1.710 -1.880 GHz)、电脑(1.850-1.990 GHz)、通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）(1.925 -2.175 GHz)、WLAN(2.4 -2.485 GHz)，WiFi(5.15 -5.825 GHz)、V2X(5.76 -5.84 GHz)；有高阻抗表面低剖面2.4 GHz平面偶极天线的研究，这种天线可调谐性从2.15到2.63 GHz和峰值收益在较宽的范围从3.7到5dB和瞬时带宽调谐范围内的50到280 MHz；也有紧凑型共面波导馈电平面单极天线，提出提出了双频（2.4/5 GHz）和超宽频(3.1-4.8 GHz)操作；有独特的三带用于无线网络应用的研究，三个频段覆盖2.4-2.63、3.23-3.8和5.15-5.98 GHz;有研究无人机应用的GPS双波段弧形缝隙天线；也有研究车载通信系统低剖面多波段天线，天线覆盖频段2.4 GHz和5.4-6.0 GHz。就大型天线来说，小型化双频段和超宽频环形天线的研究更加有利于很多方面的应用。

现在天线的应用越来越广泛，并且研究的材料也越来越广泛。有郭林，潘杰在电子器件报上发表的《一种基于微/纳米加工技术的新型太赫兹片上螺旋天线》，刘晓阳，焦新光在现代电子技术报上发表的《一种K波电磁超材料的设计及其在微带天线中的应用》，杨琬琛，车文荃在南京信息工程大学学报自然科学上发表的《基于新型超材料结构的高效率发射天线技术研究综述》，等^[3]。这些都是一些新型材料的天线的研究。而在天线的应用上面，有《基于北斗的警犬他天线设计及优化》、《一种北斗多模小型化抗干扰天线阵列设计》、《Ka波段卫星通信双极化微带天线阵列天线研究》、《北斗一代卫星导航终端高隔离度微带天线》，等^[4]。而这种新型材料以及在卫星方面的通信也越来越符合现代天线研究的现状。

1.3 本文的工作内容及安排

本文主要是通过学习天线原理及设计，学习FEKO软件的使用，学会对天线进行建模来设计工作在2.4 GHz/5.2 GHz两个频段的双频微带天线，在软件上建模并仿真优化，进而分析结果，最后得出结论。