RFID 13.56MHz天线的设计

RFID RFID 13.56MHz 13.56MHz 天線的設計天線的設計

圖一所示為兩非接觸線圈電磁感應之示意圖, 在初級線圈上加入交流電流i p , 產生交變磁場強度H , 藉由空氣介質偶合產生一磁通密度Φ, 次級線圈內則因為磁通密度Φ之變化, 感應生成感應電動勢ε, 感應電動勢ε可由下式表示:

圖一 電磁感應示意圖

在RFID 系統中，天線可以看成兩個互相耦合的電感，為了使電感的耦合效率最高，兩個電感的諧振頻率必須在工作頻率(13.56MHz)附近。因此對天線的電感量、相對應的諧振電容值、以及電感的Q 值，都會影響著RFID 系統的效能。

天線電感值

天線電感值 天線的電感值依照不同的形狀、大小、有不同的計算公式。針對公式所計算出來的值與實際值可能會有20%的誤差。且在圈數少(如1圈)，或圈數多時(因雜散電容影響)會有較大的誤差。若純粹要以計算方式求得精確的電感值(或電感模型)則必須將所設計之天線形狀、大小輸入電腦，再以3D 或2D 之電磁場模擬軟體模擬

之，方可得到精確值。但是在實際的使用上，大多先以公式概估所需天線的大小、形狀、圈數，並進行製作，再將製作後的天線量測其電感值並與計算值比較，再進行微調。下面介紹幾種常用的電感計算公式：

Inductance of Spiral Wound Coil with Single Layer (For Transponder, Reader) of Spiral Wound Coil with Single Layer (For Transponder, Reader) Inductance

of Spiral Wound Coil with Single Layer (For Transponder, Reader)

Spiral Wound Coil with Signal Layer

Equation:

a = average radius of the coil in cm

N = number of turns

b = winding depth in cm

Inductance of a Flat Square Coil (For Transponder, Reader) Inductance of a Flat Square Coil (For Transponder, Reader)

L = in uH

N = number of turns

a = side length in inches

t = thickness in inches

w = width in inches

Inductance of a Rectangular Coil (For Tramsponder) Inductance of a Rectangular Coil (For Tramsponder)

l : length of one coil

N : number of turns

D : diameter of wire or width conductor

P : Power of N depends on coil technology

Inductance of a Rectangular Coil

諧振器之Q值

在RFID系統中，為了增加耦合效率，並減少損失，在Reader以及Transponder 端的天線皆以諧振器方式形成。而諧振器的Q值則會直接影響到距離遠近、電磁場強度、頻寬、元件誤差容忍度等參數。以下針對兩種不同的諧振電路做介紹。

並聯諧振電路

在並聯諧振電路當中，電感L、電容C與電阻R決定了諧振頻率、諧振器Q值與頻寬

f1 = resonant frequency

B = bandwidth

R = ohmic losses

串聯諧振電路

串聯諧振電路

在串聯諧振電路中，電感L、電容C與電阻R決定了諧振頻率、諧振器Q值與頻寬

f1 = resonant frequency

B = bandwidth

R = ohmic losses

在Q值的選擇上，較高的Q值有較好的耦合效率，Reader可以最小的消耗功率產生最大的電磁場。但缺點為 : 一、容易受環境影響 二、頻寬窄 三、生產時需要各別微調。甚至在遠距離門禁系統應用場合(ex. >70cm)，Reader天線在安裝好後必須再微調一次，以抵消附近金屬所造成的諧振頻率偏移。而Q值低的系統雖然耦合效率差，但是頻寬較寬，不易受環境的影響，生產成本低，適用於短距離系統中。

由於Reader的天線在設計上常用PCB Layout或線繞方式製作，且天線較大，容易製作高Q值的天線。因此Reader天線的Q值一般會設計較高。Transponder (卡端)部份在設計上，一般較在乎大小及製作成本，以及環境容忍度，所以Q值都較低。以下為不同Q值，其特性與應用範圍的比較。

毫米波多波束抛物面天线分析和设计X

文章编号:1001-2486(2002)01-0063-04 毫米波多波束抛物面天线分析和设计 X 尹家贤,刘克成,刘培国,毛钧杰 (国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙 410073)摘 要:首先应用FDTD 对毫米波多波束波导裂缝馈源进行分析计算,讨论了馈电波导及辐射缝结构 对馈源方向图的影响,然后用物理光学法由抛物面上电流计算抛物面天线方向图,方向图的计算结果和测试结果相当吻合,这证明方法的有效性。 关键词:FDTD;抛物面天线;多波束天线 中图分类号:TN82 文献标识码:A Analysis and Design of mm_wave Multibeam Paraboloidal Reflec tor Antenna YIN Jia -xian,LIU Ke -cheng,LIU pe-i guo,MAO jun -jie (College of Electronic Science and Engineeri ng,National Univ.of Defens e Technology,Changs ha 410073,Chi na) Abstract:The fini te -difference time -domain method (FDTD)is used to analyze the slots feed of paraboloidal reflector antenna 1The effects of feed waveguide and shape of radiation slots on feed patterns are also discussed 1The paraboloidal reflector an tenna patterns are presented by using physical op tics,and the numerical results are compared wi th experi mental results,and the comparison shows excellent agreement over a wide angle 1 Key words:FDTD;paraboloidal reflector antenna;multibeam antenna 多波束抛物面天线在雷达、微波通讯系统、无线电天文学等领域有广泛的应用,其分析设计方法以几何光学和物理光学为主[1]。由于抛物面是电大尺寸,用这种方法计算是合理的。但是对于馈源和馈电结构来说,其尺寸往往是波长的量级,并且馈电和支撑结构往往成为二次辐射源,用物理光学法很难计算。矩量法虽可得到较为精确的结果,但由于结构的复杂性,计算也相当困难,还未见到公开发表的文献。本文应用目前在电磁计算领域最流行的、也是功能比较强大的电磁场数值计算方法)))时域有限差分法(FDTD)[2]分析计算馈源及馈电结构,然后用物理光学法计算多波束抛物面天线各波束的方向图。我们发现这种混合方法能明显改进精度,为抛物面天线设计的优化提供了新的途径。1 天线结构 本文所讨论的算例是一个毫米波多波束抛物面天线,直径波长比D/K U 15,采用前馈抛物面的形式,如图1所示,这种馈电方式结构较为紧凑,对称性好,阻挡小,作为小口径天线的应用较为合理。受毫米波传输线的限制,馈线采用波导形式,馈电波导的尺寸和馈电缝的结构作为优选参量,研究天线的辐射性能。 2 计算方法 211 馈源方向图计算 21111 馈源FDTD 模型 如图2所示,馈源完全被计算的网格空间所包围,网格的四周为完全匹配吸收层(PML)[3],计 X 收稿日期:2001-08-30基金项目:国家自然科学基金资助项目(59972042)作者简介:尹家贤(1964)),男,副教授,在职博士生。 第24卷第1期国 防 科 技 大 学 学 报J OURNA L OF NA TIONA L UNIVERSI TY OF DEFENSE TECHNOLOGY Vol 124No 112002

2.4G 天线设计完整指南(原理、设计、布局、性能、调试)

本文章使用简单的术语介绍了天线的设计情况，并推荐了两款经过测试的低成本PCB天线。这些PCB天线能够与PRoC?和PSoC?系列中的低功耗蓝牙(BLE)解决方案配合使用。为了使性能最佳，PRoC BLE和PSoC4 BLE2.4GHz射频必须与其天线正确匹配。本应用笔记中最后部分介绍了如何在最终产品中调试天线。 1、简介 天线是无线系统中的关键组件，它负责发送和接收来自空中的电磁辐射。为低成本、消费广的应用设计天线，并将其集成到手提产品中是大多数原装设备制造商(OEM)正在面对的挑战。终端客户从某个RF产品(如电量有限的硬币型电池)获得的无线射程主要取决于天线的设计、塑料外壳以及良好的PCB布局。 对于芯片和电源相同但布局和天线设计实践不同的系统，它们的RF(射频)范围变化超过50%也是正常的。本应用笔记介绍了最佳实践、布局指南以及天线调试程序，并给出了使用给定电量所获取的最宽波段。

图1.典型的近距离无线系统 设计优良的天线可以扩大无线产品的工作范围。从无线模块发送的能量越大，在已给的数据包错误率(PER)以及接收器灵敏度固定的条件下，传输的距离也越大。另外，天线还有其他不太明显的优点，例如：在某个给定的范围内，设计优良的天线能够发射更多的能量，从而可以提高错误容限化(由干扰或噪声引起的)。同样，接收端良好的调试天线和Balun(平衡器)可以在极小的辐射条件下工作。 最佳天线可以降低PER，并提高通信质量。PER越低，发生重新传输的次数也越少，从而可以节省电池电量。 2、天线原理 天线一般指的是裸露在空间内的导体。该导体的长度与信号波长成特定比例或整数倍时，它可作为天线使用。因为提供给天线的电能被发射到空间内，所以该条件被称为“谐振”。 图2. 偶极天线基础 如图2所示，导体的波长为λ/2，其中λ为电信号的波长。信号发生器通过一根传输线(也称为天线馈电)在天线的中心点为其供电。按照这个长度，将在整个导线上形成电压和电流驻波，如图2所示。 输入到天线的电能被转换为电磁辐射，并以相应的频率辐射到空中。该天线由天线馈电供电，馈电的特性阻抗为50Ω，并且辐射到特性阻抗为377Ω的空间中。

大型抛物面天线的FEKO仿真计算概要

馈源方向图可以作为激励引入。 大型抛物面天线的FEKO仿真计算 发表时间：2009-8-8 作者: 陈鑫*余川来源: 安世亚太 关键字: FEKO 仿真抛物面天线方向图 本文利用FEKO 软件仿真计算得到了抛物面天线的方向图。在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图做为激励加入， FEKO 软件的这一特点不但提高了计算速度、节约了所需要的系统资源，也为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。 1 前言 在电子对抗、跟踪遥测等工程应用领域内，由于抛物面天线具有发射功率大、副瓣较低、结构简单易加工、相关技术较成熟等优点，常常被选做发射天线或者阵列单元。 在频率较高频段，特别是C 波段以上的频段，其波长已经在10 厘米以内，对于直径在一米以上的大型抛物面天线或者天线阵列来说，市面上其他电磁场仿真软件在对于电大天线的仿真计算能力很弱，有些根本无法计算，而FEKO 软件恰恰弥补了这一空白。 本文利用FEKO 软件仿真计算得到了直径为110 厘米的抛物面天线方向图（X 波段），在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图数据文件做为激励加入，抛物面表面采用PO 算法，大大提高了计算效率，节省了所需硬件资源，为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。 2 馈源仿真计算 对于传统前馈抛物面的仿真，一般都是将喇叭馈源和抛物面整体建模、整体计算的方法。在计算机硬件资源和时间允许的情况下，其优点是操作简单，直接得出计算结果；但是如果需要计算天线阵列或者更大的抛物面天线，也许对于计算机资源要求就太高，往往无法满足需要。因此，我们首先用SABOR 软件快速设计喇叭几何尺寸，计算喇叭的大致远场方向图和增益（图1）。在FEKO 中用MLFMM 计算该尺寸的喇叭方向图，如图2 所示，计算结果与设计一致，满足下一步计算要求。

(整理)天线原理与设计习题集解答_第8_11章.

第八章 口径天线的理论基础(8-1) 简述分析口径天线辐射场的基本方 法。 答：把求解口径天线在远区的电场问题分为两部分： ①. 天线的内部问题； ②. 天线的外部问题； 通过界面上的边界条件相互联系。 近似求解内部问题时，通常把条件理想化，然后把理想条件下得到的解直接地或加以修正后作为实际情况下的近似解。这样它就变成了一个与外部问题无关的独立的问题了。 外部问题的求解主要有： 辅助源法、矢量法，这两种是严格的求解方法； 等效法、惠更斯原理法、几何光学法、几何绕射法，这些都是近似方法。 (8-2) 试述几何光学的基本内容及其在口径天线设计中的应用。 答：在均匀的媒质中，几何光学假设能量沿着射线传播，而且传播的波前（等相位面）处处垂直于射线，同时假设没有射线的区域就没有能量。 在均匀媒质中，射线为直线，当在两种媒质的分界面上或不均匀媒质传播时，便发生反射和折射，而且完全服从光的反射、折射定律。 B A l nds =? 光程长度： 在任何两个给定的波前之间，沿所有射线路径的光程长度必须相等，这就是光程定律。''PdA P dA = 应用： ①. 可对一个完全聚焦的点源馈电的天线系统，求出它在给定馈源功率方向图 为P(φ,ξ)时，天线口径面上的相对功率分布。 ②. 对于完全聚焦的线源馈电抛物柱面天线系统，口径上的相对功率分布也可 用同样类似的方法求解。 (8-3) 试利用惠更斯原理推证口径天线的远区场表达式。 解：惠更斯元产生的场： (1cos )2SP j r S SP jE dE e r βθλ-?= ?+?? 222)()(z y y x x r S S SP +-+-= r , r sp >>D (最大的一边)

自制大口径抛物面天线

卫视经纬版 电子报/2002年/04月/21日/第008版/ 自制大口径抛物面天线 江西张敏 本人对大口径抛物面天线心仪已久,可惜该类天线价格不菲。无奈之下,本人遂蒙生自制的念头。经过深思熟虑,年前动手试制,竟一举成功!高兴之余,现将关键工艺介绍如下,愿与有志之士共享! 一、精工制作抛物线模具 常常听人告诫:抛物面天线精度高,手工打造的天线,只能当作摆设!为此,本人特别设计如下制作工艺,经实践证明,方法简单,一试即成! 抛物面天线直径2.4m,焦距1.2m,抛物线标准方程式:Y2= 4.8X 取刨花板(2.4m 1.2m)一块,水平放置于地上,在上面精确画出Y2= 4.8X的抛物线。用手锯沿抛物线锯开,即得到一条标准的抛物线截面。用扁铁沿抛物线截面绷紧并钉牢,这样就获得了一条光滑、坚硬的抛物线截面模具。 将刨花板垂直安置在地面上,并用铅垂线校正,以确保X轴垂直于地平面。最后,将模具牢牢固定即可(见图1)。 二、制作抛物线天线骨架 天线骨架由6个不同直径的钢筋圆圈和6条固定钢筋焊接而成。钢筋圆圈的制作数据见下表。 用 14mm的钢筋在弯管机上分别弯制出6、5、4、3、2、1圆圈,并用电焊焊好接头。将圆圈6水平安放到模具上,用水平仪校正,然后牢牢固定,用同样的方法,将圆5安装到模具上。然后取两小段钢筋,用电弧焊将圆5和圆6沿抛物线对称焊牢。圆4、3、2、1和0原点钢板均照此方法安装并焊牢。最后,用 2.5mm铁钉从钢板中心孔钉入模具抛物线截面顶点O内。 至此,抛物面天线骨架已焊接成一个整体了,将此骨架顺时针旋转60,沿着抛物线对称焊入两根固定筋。照此方法,将6根固定筋全部焊牢,天线骨架制作完毕。 三、安装反射网 反射网就地取材,无特殊要求。本人在一家电焊店购得两张镀锌铁丝网(下脚料),将它们沿对角线剪开,得到4张三角形铁丝网。将天线骨架从模具上取下来,把4张铁丝网压入骨架并初步整平固定,然后放在模具上,压平压紧,用铁丝固定。接着将骨架顺时针转动一个小角度,压平压紧铁丝网,用铁丝固定。照此方法,将铁丝网固定到骨架上。最后,还要用模具精确校正一遍,以确保操作精度。 四、安装支架 用一根长0.9m和一根长1.2m的钢筋焊成一个直角。将1.2m钢筋的一端固定到焦点处,将0.9m钢筋的一端与圆6焊牢。在焦点处可配焊一小段角铁,便于安装下变频器件(见图2)。 五、安装基座及调试 安装调试方法报刊上介绍较多,本文不再赘述。在天线调整好方位角和仰角后,根据具体情况,在内架上焊入3~4根钢筋以固定天线。笔者将该天线喷上草绿色油漆安放在小院内的绿色树丛中,与环境非常协调、融洽。

一种多波束抛物面天线的设计与分析

收稿日期:2002-06-13 作者简介:雷 娟(1979-),女,西安电子科技大学硕士研究生. 一种多波束抛物面天线的设计与分析 雷 娟,万继响,傅德民,傅 光 (西安电子科技大学天线与电磁散射研究所,陕西西安 710071) 摘要:应用物理光学方法对用于卫星通信的多波束抛物面天线进行了设计与分析,提出了任意形状口 径面的处理思想,可方便、有效地计算口径面形状任意、馈源数目任意、馈源放置位置任意的多波束抛物 面天线的方向图.最后,用波束优化思想对馈源尺寸及位置进行不断调整,从而使各波束半功率波瓣宽 度及偏焦角度达到设计要求,并给出了各组波束方向图.将给定馈源尺寸的抛物面天线的计算结果与 GRASP 软件仿真结果比较,具有良好的一致性. 关键词:多波束;多馈源;任意口径形状;抛物面天线 中图分类号:TN823+127 文献标识码:A 文章编号:1001-2400(2003)03-0399-04 Design and analysis of a mult-i beam parabolic reflector antenna LEI juan,W AN Ji -xiang,FU De -min,FU Guang (Research Inst.of An tennas and E M Scattering,Xidian Univ.,Xi c an 710071,China) Abstract: A desi gn and accurate analysis of a mult-i beam parabolic reflector has been made for satellite communication by the physical optics method (PO method).An idea for treating the arbitrary reflector aperture is presen ted,which is convinient and efficient to calculating the radiation characteristics of the mult-i beam parabolic reflector antenna with the mult-i feed and arbitrary reflector aperture.Finally,based on the concept of beam opti mization,the size and position of reflector feeds are modified to meet the requirements.The radiation patterns of each beam are also given.The results obtained are in good agreement with GRASP software p s simulated values. Key Words: mult-i beam;mult-i feed;arbitrary reflector aperture;parabolic reflector antenna 为了获得高增益,在通信、雷达及射电天文等设备中广泛采用反射面天线.标准反射面天线的基本分析方法以物理光学方法[1]为理论基础,文献[2,3]给出其远区场计算公式及馈源场的计算公式.然而,在实际应用中,为了形成多波束且各波束E 面方向图及H 面方向图有不同的半功率波瓣宽度,需用馈源阵列来照射截割抛物面天线[4].为了设计这种类型的天线,笔者介绍了一种口面形状任意、采用多组馈源以形成多组波束的抛物面天线的设计与分析方法[5].通过对馈源尺寸及安放位置进行设计及调整,可准确计算口面形状任意、馈源数目任意、馈源位置任意的单反射面天线的方向图,因而可满足实际需要. 1 理论基础 馈源辐射的电磁波投射到抛物面内表面,在其上感应面电流,所以抛物面内表面的每一面元都成为辐射单元.要计算抛物面天线的辐射场,须先求出馈源辐射场在反射面上激励的面电流密度分布,再求出抛物面的辐射场.在求抛物面面电流密度时,须作一些假设:反射面位置处于馈源场的远区;不考虑反射面背面电流分布影响;忽略反射面对馈源的影响等. 考虑图1所示反射面天线:馈源处于空间内任意位置,其相位中心与反射面上任意一点M 的夹角为H f ;远区场点坐标为(R,H ,<).则此反射面天线远区辐射场为 E (H ,<)=-j k G exp(-j k R )4P R ( I -R R)k s c J(r)exp(j k Q c #R)d s c ,(1)2003年6月 第30卷 第3期 西安电子科技大学学报(自然科学版)JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY Jun.2003 Vol.30 No.3

2.4GHz 抛物面天线的高效馈源

Efficient Feed for Offset Parabolic Antennas for 2.4 GHz Dragoslav Dobri?i?, YU1AW 2.4GHz 抛物面天线的高效馈源 Resume 摘要 This article examines some of the possible solutions to the problems of efficiently illuminating SAT TV offset parabolic antennas in the use on WLAN frequencies of 2.4 GHz.. 本文探讨用于2.4GHz频段的卫星电视偏馈抛物面天线的馈源的解决办法。 Introduction 引言 The problems that occur while illuminating shallow offset parabolic dishes, in addition to those related to the efficient use of parabolic dishes generally are additionally aggravated by the specific geometry of the parabolic mirror itself. [2] Feed positioning in the way that its phase center exactly coincides with the focus of the offset parabolic dish and its aiming so that the radiation maximum falls in the geometric center of the elliptic reflector surface are not intuitive at all, as in classic parabolic antennas. Therefore, there is much confusion and many wrongly positioned feeds that do not correctly illuminate offset parabolic dishes, decreasing their efficiency and gain. 这个问题时常存在于一些浅照射的偏馈抛物面天线,除了和抛物面天线有效利用有关之外，抛物面反射镜本身的具体尺寸[2]又使之更加严重。馈源的定位方式——其相位中心必须严格与偏馈抛物面天线的焦距保持一致，而且对准。这样，其最大辐射值落在椭圆形反射面的几何中心，是不直观的，正如在经典抛物线天线那样。因此，有许多混乱，许多错误的馈源定位，不能正确地照射偏馈抛物面天线，降低了它们的效率和增益。 The optimal feed for some given parabola has to fulfill several important characteristics: 对于给定抛物面天线最佳馈源必须具有几个重要特点： 1.The radiation angle of the main beam, between the points in which the gain is -10dB in relation to the maximal value, has to match the subtended angle. The feed radiation angle, both in horizontal and in vertical plane has to be the same, regardless the ellipticity of offset parabola. 1、主束的方向角，在增益为-10dB（相对于最大值）的两点之间的角度，必须与张角相配。馈源的方向角在水平和垂直都应当相同。而不管偏馈抛物面的椭圆率如何。 2.The phase center of the feed has to be well defined and stable with changes of frequencies within the working range. The change of the phase within the whole angle of illumination has to be as small as possible.

抛物面天线CAD7

反射面天线CAD (7) 一、 反射面天线的设计 1.1 引言 天线发展早期，是用于中波、短波和超短波频段，这种天线一般均称为线形天线。具体代表是，对称振子天线、T 型天线、菱形天线、顶加载天线和八木天线等。后来出现了面形天线，例如，喇叭天线、反射面天线和透镜天线等。随着频率升高，面形天线应用越来越广泛。目前，广泛运用于卫星接力通信地球站中的大型反射面天线直径为φ26—φ32m 。中小型卫星地球站用天线直径为φ4.5—φl 2m 。用于天文宇宙观测的大型天线的直径达100米。超视距警戒雷达也用大型反射面天线，特别是地面固定和移动接力通信的发展，反射面天线应用得更广泛，其尺寸有φ0.6—φ4.5米等系列尺寸。各个国家都把反射面天线口径制订成标准系列。目前，国内外利用广播卫星播放电视节目，家庭生活娱乐节目已不单由电视台播放，而是通过φ0.6米反射面天线直接接收卫星广播和电视节目。 在微波频段用于接力通信用的天线几乎都采用反射面天线这说明反射面天线具有它本身的特点：在线形天线理论中，我们知道如果要获得高的天线增益，要用无数个振子排列组合，构成天线阵面。而且，要保证规定的馈电相位，例如，短波中用的同相水平天线阵和目前飞机上用的小型相控阵天线均是按照这个基本理论制作的。但是这种合成条件非常严格，并且结构非常复杂。尽管微波集成光刻技术有了较高的发展，要得到较高的增益也是困难的。在八木天线中，引向器的数量越多，会使增益做的高一些，但每个单元要获得10分贝增益也是比较困难的。一般只有7—8分贝，目前八木天线最高组阵增益在18分贝之下。 但对

微波频段的抛物天线来讲，可以把开口径看成由无数个振子排列组合辐射。例如4GHz(7.5cm)，开口径为3.3米，天线增益达到40分贝并不困难，而获得相同的增益，如用八木天线，几乎需20组同相馈电单元组合，但实现也是非常困难的。在微波频带，天线增益系数一般很容易做到10，000—l，000，000。对于接力通信用的天线来讲，首先必须具有高增益，且点对点通信要具有尖锐波束，有时叫做铅笔形波束。想在通信方向构成效率高的通路，必须具有很强的方向性，而在其它方向尽量减少辐射。 最先出现的反射面天线是前馈反射面天线，它在面天线发展史上起了奠基作用。后来出现的卡塞格仑和格里高利天线以及由此发展起来的修正卡塞格仑及修正格里高利天线都是在前馈反射面天线基础上发展起来的。由于前馈反射面天线的馈源与位于反射面顶点后面的接收单元或发射单元要用波导或电缆连接，因而引入较大的传输损耗，且馈源的维修也不方便。加之早期的前馈反射面天线由于其馈源的方向图不等化，造成天线效率只有50 ~ 60％，因而前馈反射面被认为是一种低效率面天线。 但是，技术的发展，馈源的理论研究和实验研究获得很多成果。馈源方向图的等化理论和演算方法日渐成熟，使设计者能较容易地设计出等化方向图或旋转轴对称方向图的馈源，从而使反射面获得旋转轴对称的照射，导致天线照射效率的提高。δ—Gain馈源的出现是前馈反射面天线获得新生的又一重要标志。所谓δ—Gain馈源就是其方向图不仅轴对称，并且在对反射面照射角度内基本上是均匀的，而在反射面边缘其方向图又迅速下跌。这种馈源以同轴多模馈源为代表，配置合适的焦距直径比，可使抛物面天线的效率达到65—80％。 还要提到的是，鉴于δ—Gain 馈源在反射面边缘可维持相当低的照射锥削，

天线原理与设计期中考试资料

西南交通大学2012－2013 学年第( 2 )学期期 中考试试卷 课程代码 3143373 课程名称 天线原理与设计 考试时间 90分钟 阅卷教师签字： 一． 判断题：（20分）（正确标√，错误标?，每题2分） 1． 元天线的方向性系数为1.5。（√） 2． 元天线的远区辐射场是平面波。（?） 3． 在功率方向图中，功率为主瓣最大值一半对应两点所张的 夹角就是主瓣宽度。（√ ） 4． 侧射式天线阵须满足各单元馈电幅度和相位均相等。（√ ） 5． 坡印亭矢量法可以求出天线的辐射阻抗。（? ） 6． 对称振子的平均特性阻抗愈小，其频率特性就愈好。（√ ） 7． 对称振子的谐振长度总是略大于0.25和0.5。（? ） 8． 右旋圆极化天线可以接收左旋圆极化天线发射的信号。 （? ） 9． 要使接收天线接收到的功率达到最大，需满足阻抗匹配和 班 级 学 号 姓 名 密封装订线 密封装订线 密封装订线

极化匹配。（√ ） 10．笼形天线设计增加了阻抗频带宽度。（√ ） 二． 填空题：（30分，每空2分） 1.在场强方向图中，主瓣宽度是指场强大小下降到最大值的（ 0.707 ）倍处对应的两点之间的夹角。 2. 在功率方向图中，主瓣宽度是指功率大小下降到最大值的（ 0.5 ）倍处对应的两点之间的夹角。 3. 在分贝方向图中，主瓣宽度是指场强的分贝值下降到（-3 ）dB 处对应的两点之间的夹角。 4.当2/(1.44)l λ≤时，对称阵子的最大辐射方向在0 90m θ=。 5.当2/ 1.44l λ≤时，对称阵子的最大辐射方向在 (90)m θ=。 6.半波天线的归一化方向图()cos cos 2( )sin F πθθθ ?? ???=， 方向性系数(1.64)D =，输入阻抗(73.142.5)Z j =+Ω。 7.间距为 d 的二元等幅同相(1,0)m α==阵因子 ()cos ,(2cos )a d f πθ θ?λ =。 8.间距为d 的二元等幅反相(1,)m απ==阵因子 ()cos ,(2sin )a d f πθ θ?λ =。 9. 间距为d 的均匀直线式N 元天线阵的阵因子

自制WIFI抛物面天线

自制WIFI抛物面天线。提高远距离无线网络的网络信号质量、实现免费蹭网。 固定振子的木条,其实只用一个,但是先做两个,多做一个做备用 制作振子的材料,从五金商店买来的铜接线头,铜材质导电效果较好,而且长度刚刚好,>3cm,粗的就用不着了,因为要制作2对半波振子的阵列,所以需要四个铜管 资料说,振子应该粗一点,有利于接收更宽频域的信号,使得信号质量更好、更稳定。而且更有利于馈线与振子的阻抗匹配，提高天线的工作效率，减轻之后网卡的发射功率负担，延长寿命。 因为2.4GHz信号的波长=125mm，1/4波长=31mm，所以制作振子长度L=31mm 做好了4个 但是手水平太粗糙了，做成了这么长的，通过自己推断分析，如果做的过长，振子里面就同时存在了正向波与过大比例的负向波，以至于无功分量过大，效率降低，无线网卡功率负担过重，如果做的过短，不能把功率完全发挥出来，考虑到802.11g的工作频率也会漂移到2. 449GHz，振子也够粗，所以，略微短一点没关系，如果做试验不合适可以再做。 把振子固定在木条上。本来想用电烙铁接上，但是发现无论用什么办法就是焊不上，可能是因为筒管里面有合金。所以采用接触式连接，用勒死狗扎紧。 做好了的样子 换个姿势，再拍一个 现在开始改造无线网卡，这是被改造的网卡，型号是NETGEAR WG511，笔记本网卡。其实也不算改造，主要是把网卡里面的双极天线引出来。这是背面，一眼就能看见那对双级天线，围着地线。 这是网卡背面。嘿嘿，有门，正好网卡上有2个备用的天线引出触点，方便我接线，能接得更漂亮。 来个特写 我用AV信号线引出信号。首先因为这个AV信号线够细，方便在网卡内走线，其次是配备了屏蔽线网，电气上统一，虽然这个线材的阻抗跟馈线不一定相同（50欧），但是它尺寸小，只需要很短，差别就被忽略了。 这是背面,接了引线了，双极接2根信号线 来个引线特写 这是做好了样子 制作反射板。我参考了市面上卖的高增益指向天线和前一阵子网上引起轩然大波的“强搜天线”，又借鉴了卫星电视的信号接受天线，我决定用抛物线形式的反射板，这样有利于信号反射的聚焦。本来抛物线函数是平滑的，但是考虑到即便我画精确了，也不可能做精确，索性就画成折线。 反射板尺寸设计好了，借鉴了现代雷达结构，用金属钢丝网做反射面，如果金属网够密集，反射效果也与金属板相差无几，考虑到天线要放置室外，要适应风雨天气，所以，粗钢丝网和细钢丝网复合，用铜丝缝起来，铜丝是RJ-45网线里面拆出来的。 天线托架,具体的就不说了，大家一看照片就一目了然。 由于工艺和材料问题，托架做了改进。 从上面看 做个试验，所以简单立外面了 接上笔记本

天线原理与设计 讲义

第八章 口径天线理论基础 在第七章以前我们讨论的是线状天线，其特点是天线呈直线、折线或曲线状，且天线的尺寸为波长的几分之一或数个波长。所构成的基本理论称之为线天线理论。既使是第七章的开槽缝隙天线，在分析时也是借助了缝隙天线的互补天线—金属线天线来分析。 在实际工作中，还将遇到金属导体构成的口径天线和反射面天线。有时我们统称为口面天线。它们包括：喇叭天线、透镜天线、抛物面天线、双反射面的卡塞格伦天线等。见P169图8-1。它们的尺寸可以是波长的十几到几十倍以上。 口面天线的分析模型如图8-1所示： 图8-1 口面天线的分析模型 S ′为天线金属导体面，为开口面，S S ′＋构成一个封闭面，封闭面内有一源。 S 对这样一个分析模型，要求解空间某点p 处的电磁场E P 、H P 。它们可描述为由两部分组成：一部分是源的直达波，一部分是由天线导体面上感应电流产生的散射场。这种分析方法我们称之为面电流法。面电流法对反射面天线有效，它是分析反射面天线的方法之一。但是，面电流法对喇叭天线、波导口天线一类的口径天线无效，或者说处理很难。我们可采用口径场法。 口径场法步骤： 1、解内问题，即由场源求得口面上的场分布； 2、解外问题，即由口面上场分布求解远区辐射场。 由此可见，反射面天线也可用口径场法分析。 喇叭天线一类：口径场法； 反射面天线一类：口经场法，面电流法。（近似方法） 有的反射面天线如抛物环面，由于口径场不易确定，还只得用面电流法。 口径场法和面电流法都是近似的方法，它们只能求出口径面前方半空间的辐射场，口面后方半空间的场无法求得。实际上口面天线的外表面及口径边缘L 上均有感应电流。这部分电流就是对口面天线后向辐射的主要贡献。但通常的做法是采用几何绕射理论，求由边缘L 产生的绕射。 值得说明的是，口面天线的边缘绕射场与前方半空间的场相比是微不足道的。 如果采用口径场法，那么，现在的问题是：能否用口径天线口面上的场分布来确定天线辐射场？回答是肯定的，这就须由惠更斯—菲涅尔原理来说明。

抛物面天线基础理论

抛物面天线基础理论

3.1.2 抛物面的几何尺寸及特性 一般用于面天线反射面的抛物面，都具有以剖面图6-6-1中的z轴为中心呈旋转对称式结构。在剖面图中，把o称为抛物面的顶点，F称为抛物面的焦点， ψ称为抛物面的张角，是从焦点F 到口面边沿射线与OF轴线的夹角；D=2R称为抛物面口面直径，R为口面半径；ρ为焦点F到反射面上任意点的距离。 由抛物面的定义可知： =+=+ 2cos(1cos) fρρψρψ 此关系式是以焦点F为极坐标原点得出的抛物线方程，由此可进一步得到：

21cos f ρψ=+ 由图 6-6-1还可得到： 2sin sin 21cos sin 1cos f y ftg tg ψρψψψ ψψψ===+=+ 把口面直径0 ,2D y R ψψ===代入6-6-3可得到： 222D ftg ψ=，或者0 1142f D tg ψ=? 3.1.3 抛物面天线的工作原理 根据抛物面的集合特性，可以得到抛物面的两个重要性质：

（1）由焦点F发出的射线，经旋转抛物面反射后，反射线互相平行，且都平行于其轴线OF，即//''// MN M N OF。反过来，平行于OF轴线的射线，经旋转抛物面的反射作用，其反射线均汇聚于其焦点处。 （2）由焦点发出的射线，经由旋转抛物面反射到达口面时，其长度相等，即： +=+6-6-3 ''' FM MN FM M N 这说明，由焦点F发出的射线，经旋转抛物面反射后，每条射线路程均相等。 根据以上两条可以得到，当把照射器置于焦点位置，并使照射器的相位中心与抛物面焦点重合，照射器辐射出的球面波经旋转抛物面反射后，在口面上将转变成平面波，使抛物面天线口面场形成均匀分布。由前面讨论结果得知，均匀口面场必将产生强方向性辐射场，这就是利用旋转抛物面产生强方向性辐射场的原理所在。 当然，如果把旋转抛物面天线用作接收，入射波又是平面波形式，经抛物面反射后，就会把平面波转换成球面波传送到位于焦点位置的照射器，形成聚集接收，增加照射器接收信号的强度。

微带天线的设计

微带天线设计 天线大体可分为线天线和口径天线两类。 移动通信用的VHF 、UHF 天线，大多是以对称振 子为基础而发展的各种型式的线天线，卫星地面站接收卫星信号大多用抛物面天线（口径 天线）。 天线的特征与天线的形状、大小及构成材料有关。天线的大小一般以天线发射或接收电磁波的波长l 来计量。因为工作于波长l = 2m 的长为1m 的偶极子天线的辐射特性与工作于波长l = 2cm 的长为1cm 的偶极子天线是相同的。 与天线方向性有关参数：方向性函数或方向图 离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的数学表达式，称为天线的方向性函数； 把方向性函数用图形表示出来，就是方向图。 最大辐射波束通常称为方向图的主瓣。主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。 为了方便对各种天线的方向图进行比较，就需要规定一些表示方向图特性的参数，这些参数有： 1．天线增益G （或方向性GD ）、波束宽度（或主瓣宽度）、旁瓣电平等。 2．天线效率 3．极化特性 4．频带宽度 5．输入阻抗

天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。它是被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比。 天线方向性GD与天线增益G类似但与天线增益定义略有不同。 因为天线总有损耗，天线辐射功率比馈入功率总要小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。 理想天线能把全部馈入天线的功率限制在某一立体角ΩB内辐射出去，且在ΩB立体角内均匀分布。这种情况下天线增益与天线方向性相等。 理想的天线辐射波束立体角ΩB及波束宽度θB 实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束中，在一个波束内也非均匀分布。在波束中心辐射强度最大，偏离波束中心，辐射强度减小。辐射强度减小到3db时的立体角即定义为ΩB。波束宽度θB与立体角ΩB关系为 旁瓣电平

天线原理与设计习题集解答-第2章

第二章 天线的阻抗 (2-1) 由以波腹电流为参考的辐射电阻公式：220 30 (,)sin r R d f d d π π ?θ?θθ?π = ? ? 计算对称半波天线的辐射电阻。(提示：利用积分201cos ln(2)(2)x dx C Ci x πππ-=+-?，式中，0.577, 023.0)2(-=πCi ) 解：半波振子天线的辐射方向图函数为 cos(cos ) 2(,)sin f π θθ?θ =， 则 2222000cos (cos )301cos(cos )2sin 60(cos )sin 2(1cos ) r R d d d ππππθπθ?θθθπθθ+==--??? 011130()[1cos(cos )](cos )21cos 1cos d ππθθθθ=+++-? 01cos(cos )1cos(cos )15[](cos )1cos 1cos d ππθπθθθθ++=++-? 01cos[(1cos )]1cos[(1cos )]15(cos )1cos 1cos d ππθπθθθθ -+--=++-? 1cos[(1cos )] 15[(1cos )](1cos )d ππθπθπθ-+=++? 01cos[(1cos )]15[(1cos )](1cos )d ππθπθπθ--+--? 20 1cos 215x dx x π -=?? 30[ln(2)(2)]C Ci ππ=+- 73.1()=Ω (2-2) 利用下式求全波振子的方向性系数 r R f D ) ,(120),(2?θ?θ= ， θβθβ?θsin cos )cos cos(),( -=f 若全波振子的效率为5.0=a η，求其最大增益的分贝数和3/πθ=时的方向性系数。 解：(1) 求增益(即最大辐射方向上的方向性系数与效率的积) 全波振子半长度为/2l λ=，则 cos(cos )1()sin f πθθθ +=，max /2()|2f f θπθ===，199r R =Ω 2 max 1201204 2.41199 r f D R ?=== 0.5 2.41 1.205A G D η=?=?= (0.8)

业余制作抛物面天线的要点

业余制作抛物面天线的要点 业余制作抛物面天线的要点---抛物面天线的F/D与馈源的辐射方向角Q的关系 F/D（F是抛物线的焦点，D是抛物线的口径）与馈源的方向角Q是从属关系，也就是说只有馈源的方向角确定以后才能确定你所要制作的抛物面天线的直径及焦距。作为一个业余爱好者只知道 F/D=0.3--0.5是不够的，如何才能使一条天线与馈源的配套即采用合适的F/D，这个问题很重要，它直接影响天线系统的效率及信噪比等。图1-1所示Q是馈源所固有的，馈源确定了，Q也就确定了。 制作天线首先要决定馈源，只有馈源的方向角为已知，才能按不同的F/D制作不同直径的天线，而不应制作好了天线以后才制作馈源，因为这样一来很难达到理想的效果，必定产生如图1-2或图1-3的情况。图1-2的情况会使地面反射的杂波进入馈源，而且天线边缘的微波和绕射波也会进入馈源，使得天线接收系统的信噪比减小。图1-3的情况则会使天线的利用率降低造成人为的浪费而且信号的旁瓣也同时进入了馈源。F/D与Q的关系是：F/D=1/4*Ctg Q/2。 所以先有馈源方向角再根据你所要制作多少直径的天线而后确定F=D*（1/4*Ctg Q/2），然后根据抛物线方程：X=Y*Y/4F绘制出模。 抛物线天线的口径可用下式计算：

一般的折合半波振子馈源（带后反射器）和螺旋馈源的方向角是100度左右。 自制WIFI抛物面天线。提高远距离无线网络的网络信号质量、实现免费蹭网。 2008年04月14日星期一上午 08:52 固定振子的木条,其实只用一个,但是先做两个,多做一个做备用 制作振子的材料,从五金商店买来的铜接线头,铜材质导电效果较好,而且长度刚刚好,>3cm,粗的就用不着了,因为要制作2对半波振子的阵列,所以需要四个铜管

大型可展构架式星载抛物面天线结构设计

第35卷第3期2001年5月 浙 江 大 学 学 报 (工学版)Jour nal of Zhejiang Univer sity (Engineering Science) Vol.35№.3May 2001 收稿日期:1999-07-05. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(69982009). 作者简介:岳建如(1975-),男,山东临沂人,浙江大学博士,主要从事空间结构、空间可伸展结构的研究. 大型可展构架式星载抛物面天线结构设计 岳建如,关富玲,陈向阳 (浙江大学土木工程学系,浙江杭州310027) 摘　要:提出了一个利用伸缩杆驱动的六棱柱展开单元,和国内外已有的设计相比,该单元可动机构数较少,展开可靠度高,结构刚度好,且具有很广泛的几何适应性,能容易地构造复杂二维可展结构,具有广泛的应用前景.利用伸缩杆六棱柱单元,设计了一大型构架式切割抛物面天线,并简要介绍了天线的可展节点细部设计杆件分类统计.该天线的形面精度较高,质量轻,造价低.最后,对天线模型进行了结构分析,说明天线具有良好的刚度. 关键词:可展天线;构架式;抛物面天线;六棱柱单元;对角伸缩杆 中图分类号:T H122;TU35;V42 文献标识码:A 文章编号:1008-973X(2001)03-0238-06 随着人类对宇宙探索的不断深入,超大型、高清晰度的卫星、空间站等航天器成为不可缺少的工具,由于受有效荷载仓的容积限制,世界各国相继发展了大量的大型可展航天结构,但我国对空间可展结构的研究尚处于起步阶段,有待更进一步的深入研究.本文利用拉伸弹簧构造了一个可展伸缩杆六棱柱单元,和国内外类似的可展结构单元相比,该单元在展开后所有展开机构均不需锁定,因而展开可靠度较高,且具有良好的几何适应性.利用该伸缩杆单元,文中设计了一个大型构架式星载抛物面天线,并详细地介绍了设计的各项技术参数,分析了可展天线的展开过程和结构的静力和动力特性,及结构参数的影响.结构分析表明这类构架式可展天线具有展开可靠性高,刚度好,形面精度高和造价低等显著优点. 1　结构伸缩杆六棱柱单元结构分析 如图1所示为利用弹簧伸缩杆驱动的一个四边形基本单元,周边的四根杆件是不可折叠,也不可收缩的,对角杆设计了弹簧,可以改变杆件长度.折叠状态时,结构成捆状,单元的构件相互平行.由于处于拉伸状态的弹簧收缩,引起结构的逐步展开,到达预定位置后,对角杆受弹簧外套管限制而不能继续收缩,锁定成为几何不变结构.在完全展开状态,结构杆件的尺寸限制了弦杆和竖杆的夹角.要使结构单元能完全折叠,需要满足以下几何相容条件: l 1+l 2=l 3+l 4. (1) 单元对角杆在整个展开过程中长度的变化,即弹簧的伸缩量,可表示为 $=l 1+l 2-l 2 1+l 2 2. (2) 单元间的一维连接:当两个四边形单元并列连接形成一维结构时,可以有如图2所示的两种形式,设计平直的一维支架时,可以由一系列首尾相连的对角杆一起驱动结构展开或收纳,如图2(b)所示,此时,有较小的折叠体积.若对角杆平行布置,收纳时,将成一长条形结构,收纳效果不理想.上述一维单元的连接缺乏侧向稳定性,缺少实用价值,设计馈源支架或机械手等一维可展结构时,必须使用三棱柱或四棱柱单元来构造一维支架. 正六棱柱单元:如图3为利用弹簧伸缩杆驱动形成的正六棱柱可展开单元,它由如图1所示的四边形基本单元组成.上下表面的12根杆件和6根竖杆及中心杆均是普通铰接构件,不可改变长度,6根斜腹杆是