摘 要

本文借助CST 电磁仿真软件，设计了一款可用于无线通信的液体介质谐振天线模型，并选取了天线的部分参数进行优化，最终设计出满足设计要求的蒸馏水天线和海水天线。其中蒸馏水天线的中心频率为5.8 GHz、带宽为230 MHz，海水天线的中心频率为5.8 GHz、带宽为460 MHz。

本论文从介绍天线的基本理论和常见的介质谐振天线模型。采用了矩形介质谐振天线的设计思路，计算基于蒸馏水的液体介质谐振天线参数，并仿真出模型；基于对水天线模型的分析，探究了液体介质长度、宽度和高度以及液体介质距离介质基板高度对天线参数和中心频率等性能的影响；此外，在不考虑电导率影响下，比较了介电常数不同时天线性能的改变。尝试用海水参数替代蒸馏水作为辐射媒介，对蒸馏水天线和海水天线均进行设计的优化，最终比较海水和蒸馏水天线的优化结果。

关键词：液体天线；介质谐振天线；CST仿真；5.8 GHz

Abstract

In this paper, a liquid dielectric resonant antenna model for wireless communication is designed with the help of CST electromagnetic simulation software, and some parameters of the antenna are selected to optimize. Finally, a kind of distilled water antenna and a kind of sea water antenna are designed to satisfy the design requirements. The central frequency of distilled water antenna is 5.8 GHz, the bandwidth is 230 MHz, meanwhile, the central frequency of seawater antenna is 5.8 GHz, and the bandwidth is 460 MHz.

This paper introduces the basic theory of antenna and the common dielectric resonant antenna model. The design idea of rectangular dielectric resonant antenna is adopted to calculate the parameters of liquid dielectric resonant antenna based on distilled water, and then simulate the model. Based on the analysis of the water antenna model, the effects of the length, width and height of liquid dielectric and the distance between liquid dielectric and dielectric substrate on the antenna parameters and the central frequency are explored. Compared with the change of antenna performance when dielectric constant is different without taking the effect of conductivity into consideration. Seawater parameters are used instead of distilled water as radiation medium to optimize the design of distilled water antenna and seawater antenna. Finally, the optimization results of seawater and distilled water antenna are compared.

Key Words：Liquid antenna; Dielectric resonant antenna; CST simulation; 5.8 GHz

目 录

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 1

1.3论文安排 2

第2章 液体天线基本理论 4

2.1天线性能参数 4

2.1.1 天线方向性 4

2.2.2 反射系数和参数 4

2.2.3 天线带宽 5

2.2 介质谐振天线 5

2.2.1 半球形介质谐振天线 5

2.2.2 圆柱形介质谐振天线 6

2.2.3 矩形介质谐振天线 7

第3章 理想液体天线设计与分析 9

3.1 液体天线模型设计 9

3.2液体天线性能分析 13

3.2.1 Ls对天线性能影响 13

3.2.2 对天线性能影响 13

3.2.3 液体介质尺寸 14

3.2.4液体介电常数 16

第4章 液体天线设计 17

4.1 蒸馏水天线 17

4.2 海水天线 18

4.3 本章小结 20

第5章 总结与展望 21

参考文献 22

致 谢 23

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着科学技术在人类各个生活领域的渗透和发展，无线通信的要求也在逐渐提高，尤其在通信设备的小型化、多功能和宽带等方面。天线作为无线通信系统中接收和发射电磁波的重要组成部分，其性能的好坏直接影响到整个通信系统的性能的优劣^[1]。在通信设备的各项需求面前，传统固体天线的设计及实现，面临诸多难题。

液体天线是指以液体材料为辐射媒介的天线，与传统固体天线相比，液体天线可塑性强、尺寸小、可重构性强，具有低雷达散射截面的特点，能有效改善电磁耦合特性^[3]。液体天线的出现，突破了传统固体天线的设计概念，自提出以来，各方面都备受相关学者关注。但目前液体天线的主要应用领域仅是以液态金属天线形式存在于通信电子设备中。从现有研究成果来看，液体天线可大致分为三类：一是液体导电天线，是利用液体导电特性，主要是液态金属，制成的导电天线；二是液体介质谐振器天线，是利用液体介质特性，以液体介质取代传统固体介质作为辐射谐振强的介质谐振天线；三是液体介质贴片天线，是指以液体介质作为辐射贴片的液体天线。

液体天线为天线理论的发展和应用开辟新的局面，但是，液体天线其理论基础和工业实现的困难仍是急需解决的问题。液体天线的出现及发展，为解决当下无线通信天线发展中遇到的难题提供了新的解决思路，同时是推动无线通信技术发展提供了新的动力源泉。本论文也将基于液体介质谐振天线的设计，研究天线部分参数对其性能的影响，为液体天线的推广应用做一些基础的研究。

1.2 国内外研究现状