HFSS微带渐变缝隙天线的电磁仿真设计(2)
参考文献 35
1 绪论
1.1天线概述
天线最早出现在1886年赫兹建立的世界上第一个无线电系统中，其中就包括偶极子天线和环形接收天线的最早模型，如图1.1所示：
图1.1 世界上第一个完整的无线电系统
为了减少室内墙壁的反射，赫兹利用光辐射原理，设计出了方向性更好的天线。1888年，赫兹构造了一个抛物柱面反射天线（parabolic cylinder reflector antenna）。它通过偶极子馈电，可以产生 相对较窄的波束。
1901年马可尼（Marconi）做了一个横跨大西洋的远距离无线通信实验，成功的将无线电信号从Cornwall England传送到了Newfoundland Canada。这个实验用到的扇形单极发射天线（fan monopole transmitting antenna）如图1.2所示：
图1.2扇形单极发射天线
1934年，商业微无线电话开始使用，这里面就用到了抛物面发射天线。
二战之后，天线在雷达系统，广播电视和卫星通信中得到了很多的应用。
近年来，无线通信技术发展十分迅猛，因此对系统中天线的性能要求日益严格，这样就产生了很多新型天线。例如多频段天线，解决了频谱资源日益紧张的问题，并且提高了通信系统之间的兼容性；电扫描和多波束天线取代了机械扫描天线，并且它能够同时跟踪几个目标，是现代军事科技进步的产物；随着通信环境越来越复杂，电磁波在传播过程中受到的干扰越来越严重，因此具有抗干扰能力的自适应天线被提出来，它能够有效地提高接收信号的信噪比。
天线是每个无线电通信系统不可或缺的前端设备。IEEE将天线定义为“在发射或接收系统中辐射或接收电磁波的设备”。要使天线能够很好的实现发射和接收，天线就必须具有较高的方向性，较高的转换效率，天线还要能够很稳定地工作于在中心频率附近。一般来讲，天线的性能就决定了整个无线电通信系统的性能。
1.2缝隙天线简介
1.2.1发展历史和研究现状
1.2.2缝隙天线的特点和应用
缝隙天线可以产生对称的端射波束，并且具有高的增益和低的副瓣，这是它最主要的特点。如果形状、长度、介质厚度和介电常数选择合适的话，它可以在很宽的频带上产生对称波束，包括E面和H面。另外，缝隙天线还具有低剖面,易与微波电路集成,可以方便组成阵列等特点。缝隙天线是一种十分典型的平面天线,它由于具有以上多种特点，而且符合现代无线通信系统小型化和集成化的趋势和要求,因此在移动通信、卫星广播和航空航天等方面的应用越来越广泛。
当前，4G通信技术、无线局域网以及点对点微波通信服务等无线通信技术发展十分迅速，这就导致无线通信系统和其需要的天线越来越多。因为天线需求量极大，所以对这些天线一般都要求成本低、易于制造并且便于安装。然而这些通信业务通常产生在城市之间、楼群之间、建筑物之中，对于电磁波来说，建筑物结构相对自由空间十分复杂，其在复杂传播环境中会遇到多径效应等问题，这样就要求天线的结构和性能相当良好。为了能够提供高质量的通信业务服务，通信系统中天线的数量要足够多。如今，一幢大型建筑物内通常需用到几十个或者几百个天线，缝隙天线低成本和便于安装的特性在这里就得到了体现。用于室内无线通信（蓝牙，WLAN）的天线，通常安装于天花板上或者墙壁侧面上，在这里就可以使用平面缝隙天线，因为它安装起来十分方便，而且安装之后比较隐蔽，可以与室内装饰布置融为一体。另外，因为平面缝隙天线在端射方向上产生最大辐射，这样就可以通过改变天线安装方向方便地实现波束可调性,使电磁波只覆盖室内某一部分区域，不仅提高了辐射效率，节约了资源，并且能够减少电磁辐射对人体的伤害。
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