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摘要本论文提出了一种工作在3-25MHz的短波磁环天线的设计方案。其中对其研究发展以及设计过程进行了详要的阐述。磁环天线，又叫做小环天线，在体积、成本以及频率选择性上面有着其他种类天线所没有的优势，体积小便于携带，造价低，制作简易，对架设环境不敏感，并且在谐振状态下工作的磁环天线有着较高的Q值，同时抗干扰性很好。鉴于现代短波系统对抗干扰性的需求，以及无论军用还是民用对便携式天线的普及和需求，针对天线在体积、抗干扰性、频带宽度、辐射效率、架设方便性上的改进，在理论分析的基础上，并借用了小环天线计算器AA5TB,对其进行理论优化。同时使用天线仿真软件4nec2进行仿真和优化，然后由HFSS进行验证，得到天线方向图以及仿真结果。30911
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毕业论文关键词:磁环天线 短波天线 辐射效率 仿真
Title Design and Research of Short-wave Magnetic LoopAntenna
Abstract The thesis introduces a design project for a short-wave magnetic loop antennaworking between 3MHz and 25MHz,and expound the current developments and designprocess.Magnetic Loop Antenna,Small Loop Antenna,has the advantages on volume,cost andfrequency selectivity that the other kinds of antenna don’t have.Small size dueto that MLA(Magnetic Loop Antenna)can be easily taken.Easy making cost in lowprice.At the same time,in the resonant condition,MLA has a high value on Q(QualityFactor) with perfect expression on anti-interference performance.Due to the factthat the short wave system needs the quality on anti-interference performance,andnowadays portable antennas are widely used,we need to improve the antenna as thefollowing points,like volume,anti-interference performance,frequencybandwidth,radiant efficiency and erection convenience.According to theoreticalanalysis and the small magnetic loop antenna calculator,called AA5TB,the antennais improved on theory.Meanwhile,using antenna simulation software,HFSS and4nec2,gets the results on simulation,optimizing and antenna pattern.
Keywords Magnetic Loop Antenna Short-wave Antenna radiation efficiencySimulation
目 次
1 绪论1
1.1短波磁环天线研究背景1
1.2环形天线概述1
1.3 短波天线概述2
1.4短波磁环天线概述3
1.5仿真及计算软件3
1.6短波磁环天线研究目的4
2 天线基本原理 5
2.1 基本振子 5
2.2天线各项基本电参数8
3 天线设计原理16
3.1 天线作用及功能16
3.2 天线设计16
4 磁环天线原理18
4.1 磁环天线性能分析18
4.2 磁环天线原理19
5 短波磁环天线设计过程21
5.1 短波磁环天线设计原理21
5.2 短波磁环天线参数公式21
5.3 短波磁环天线设计方案22
5.4 短波磁环天线调试24
6 短波磁环天线仿真结果25
6.1 短波磁环天线参数25
6.2 4nec2 仿真结果25
6.3 HFSS 验证仿真28
结论 31
致谢 32
参考文献33
1 绪论1.1 短波磁环天线研究背景随着天线技术的发展，天线被越来越多的应用在军事装备、民用通信，用来作为接收和发送端。伴随着天线的普及度越来越高，各种架设环境对天线各方面参数提出的要求也就越来越高。我们期望它能够在我们期望的工作频率范围内有较高的天线效率和增益系数，并且有较高的抗干扰性能。同时，它又能够满足制作简便，便于运输，方便架设的条件。上述的这个期望，在参数方面最符合要求的就是短波天线。短波天线由于不需要网络枢纽和有源中继，所以它的抗干扰性是其他类型天线所不能够比较的。但是波长越短的天线，它的长度就越长，在这一点上来说，是很不方便运输、制作和架设的。针对于短波天线这一缺憾，磁环天线就刚刚好能够解决这一问题，所以研究短波磁环天线是很有必要的。1.2 环形天线概述1.2.1 环形天线特点环形天线的造型是多种多样的，在本文中我们用圆形来为作为例子（因为本文介绍的天线类型是圆环天线）。环形天线用不同的方式分类可以分成不同种类，其中按照尺寸的大小可分为大环天线及小环天线。尺寸较小的，换句话说就是天线圆环半径 r 非常小，即周长 2 . 0 2 r C ，则被叫做小环天线。根据理论分析可知小环天线的特点如下，线上载有的电流的振幅和相位的随时间变化的数值变化不大，可以近似的当成均匀分布。与小环天线相对，如果天线圆环周长C 能够和波长 相差不大，则称之为大环天线。和小环天线的情况不同，在大环天线上传导的电流的振幅和相位数值变化比较大，所以在进行大环天线的特性分析时，我们必须要考虑这两个参量的变化情况。为方便分析，我们可以将大环天线上的沿线电流近似的看成是驻波分布形式，然后可以发现它的电特性和对称阵子的电特性有着很明显的相似之处，说明它们同属于谐振型天线。如果在环形天线的恰当部位接入负载电阻，使线上载行波电流，这就构成了非谐振型环形天线或者，也叫做加载环形天线，这类天线具有良好的宽频带特性。小环天线和大环天线相对应的有着各自的应用优势，因此两种天线的应用范围也有所不同，许多事例表明，小环天线更适合应用在测定方向以及接收广播，而大环天线适用于广播和通信。[1]1.2.2 环形天线的构成和技术的发展天线的出现是从 1887年开始的， 世界上第一个天线由当时的一名名叫H.R.赫兹的科学家发明的。最初的天线是被用来验证一个关于存在电磁波的预言而设计的，还没有实质性的接收发送能力。而随着科学家们在电磁领域的研究，越来越多种类的天线被发明了出来。这中间天线被分为四个时期，分别是：线天线时期，面天线时期，从第二次世界大战结束到50 年代末期，50 年代以后。其中线天线主要应用于长波、中波、短波以及超短波波段，而环形天线作为一种典型天线就出现在线天线时期。[2]环形天线作为一种低功耗、结构简单的无线通信产品而备受学者们的喜爱。环形天线是由一根或多根电线、管道或者其他金属导体组成，并且在末端连接一个平衡传输线。环形天线的造型师多种多样的，根据不同的需求，它的形状主要有圆形、椭圆形、方形、矩形、菱形、三角形等，并且以导体两段作为输出端结束。