目錄
4、參數的選擇的依據(原因)，選擇參數進行優化的原因，對天線有影響的參數是怎麼影響天線的
6、仿真步驟(建模開始)，激勵怎麼添加(怎麼饋電，饋電的地方)，邊界條件怎麼設置
PPT講稿
大家好，我是來自XXX的XXX，我的論文題目是《雙頻介質諧振器天線》。
本文主要分成四個部分
第一部分介紹介質諧振器天線和貼片天線的優缺點。
第二部分是介紹了介質諧振器天線的相關理論
第三部分是本論文的重點內容
從結構設計到參數分析到結果分析設計了一種雙頻介質諧振器天線
首先我們可以看到該天線的結構。是兩層結構，下層介質基板底下是接地板，介質基板上是微帶線饋電，然後通過介質諧振器向外發射電磁場與電磁波，並在介質諧振器的後方加入兩個寄生貼片，上層結構是反射板，反射板是由介質基板和上層貼片共同組成，上層貼片附在上層介質基板的下方。
對於介質諧振器天線的結構，最先確定的是採用矩形介質諧振器並用微帶線直接饋電。使用HFSS建模仿真之後發現將矩形介質諧振器旋轉45度後激勵出的兩個工作頻段更符合設計目標，因此決定側放饋電
從S11圖中可以看到此時該天線輸入的回波損耗還不是很好，於是考慮增加兩個寄生貼片，仿真後發現貼片的確有影響，但效果目前並不明顯，所以我們之後還會繼續分析寄生貼片這個影響因素。
接下來是對比有無反射板對天線輻射性能的影響，從S11圖中我們可以看到增加了反射板對介質諧振器的匹配性能有了大幅度的改善，並且使工作頻段右移。
確定了我們介質諧振器天線的基本結構後就需要對具體的參數進行優化。
需要重點關注的是前面提到過我們還需要繼續分析寄生貼片這個影響因素，在這裏我們可以看到寄生貼片對天線高頻的影響明顯，增強了匹配性，也確定了採用1.2mm這個尺寸。
另一個重要的參數是饋電的微帶線，我們可以使用相關計算軟件算出寬度後，再使用HFSS仿真確定其長度，Lm的變化對應的是微帶線伸入介質諧振器的深度，也對應着傳輸線與介質諧振器的耦合程度。觀察S11圖可看到，隨着Lm增大，高頻段左移，低頻段右移，當Lm爲80mm時阻抗匹配達到最佳。
其他參數
使用HFSS的參數掃描，得到上層貼片從78mm到82mm變化時，隨着L0的增大，總體頻率向左移動，仔細觀察可以發現當上層貼片L0爲80mm矩形貼片時，天線輻射性能較好。
接下來分析的是支柱高度的影響，Hp對應的也就是反射板與介質諧振器的距離，我們可以看到隨着Hp的增大，天線工作頻段整體向左移動，爲了更符合我們的設計目標我們選擇了最均衡的高度19.365mm
完成參數優化分析後就可以導出介質諧振器天線最終的結果了。該介質諧振器天線擁有兩個工作頻段，帶寬分別是80MHz和140MHz，可以覆蓋三個移動通信模式。兩個中心頻率對應的輸入阻抗也接近50歐，阻抗匹配良好。
最後是我們兩個中心頻率的方向圖，以及三維增益圖，以及2到2.8GHz範圍內各頻點的最大增益隨頻率變化的曲線，天線在目標工作頻段的增益效果較好，均超過5.22dBi，在2.68GHz時達到增益的最大值8.05dBi。
最後我們做出總結與展望
覆蓋多個移動通信模式的雙頻天線就能夠在實際應用中節省成本，簡化結構。我設計的天線就是擁有兩個頻段，覆蓋三個移動通信模式的介質諧振器天線。
對於一般的雙頻天線而言，雙頻介質諧振器天線最大的優勢就是低損耗，由於沒有傳統天線的金屬損耗，這個特點在毫米波和亞毫米波的應用中尤爲突出，因此介質諧振器、介質濾波器和介質諧振器天線在未來5G時代的應用很值得期待與研究。
我的演示完畢，感謝各位評委老師和同學們的傾聽。
重點問題準備
我的工作就是本論文的第三部分，從結構設計到參數優化最終設計出一個雙頻介質諧振器天線
學習到什麼，收穫到什麼？
- 在完成這個畢業設計的過程中，我學到了在閱讀論文學習、在建模仿真的過程中要善於將一個天線的結構進行拆解，理解每個單獨結構對天線整體的影響。
- 在學習相關工作原理的時候可以採用對比的方式更有助於深入的理解
如：介質諧振器天線和貼片天線的優缺點
介質諧振器與介質諧振器天線的原理與金屬腔諧振器的原理
遇到的困難
1、在PPT中提到的，剛開始仿真出來的結果中寄生貼片對天線的影響很小，當時比較疑惑。請教老師後，考慮到有可能是天線此時的總體性能還不夠好，所以影響並不明顯，於是決定在後面繼續分析這一個影響因素。最終結果也表明寄生貼片增強了天線的匹配性，其的高度對天線高頻的影響明顯。
2、在設計傳輸線的時候，查看了之前微波課程的第三章內容介紹的計算方式可以根據公式計算，也可以使用TXLine計算軟件進行計算。可是算出來的1/4波長的物理長度和我實際仿真使用的長度對不上。詢問同學和查詢資料後發現，我們在TXLine主要計算得到的是微帶線的寬度，這是主要的影響因素，而微帶線的長度則需要在HFSS的參數掃描中確定。
介質諧振器的工作原理
電磁諧振器是一種儲存移動電磁能量的元件，電能和磁能在諧振器中週期性轉換的過程稱爲振盪。振盪的頻率稱爲諧振頻率。簡單的說，能夠限定電磁能量在一定區域內振盪的結構，都可以構成電磁諧振器。
對介質諧振器工作原理的理解過程，對比金屬波導諧振腔。金屬腔體不會向外輻射能量是因爲理想電壁的存在，而介質諧振器在輻射模式時，會向外輻射電磁波，所以能夠成爲介質諧振器天線的輻射體單元。
理想導體壁（電阻率爲0）通常定義爲電壁，電場的切向分量爲0，磁場的法向分量爲0，電磁波入射到電壁上會被完全反射回來，這樣的電壁就形成了一個封閉腔。
介質諧振器天線的工作原理
我們可以知道發生全反射與介質的相對介電常數這一重要參數有關。當入射角固定時，介電常數越大，其折射角就越接近九十度，也就越容易產生全反射情況。當介電常數趨於無窮大時，其介質表面可以近似爲磁壁。
那麼介質諧振器天線的工作原理就是因爲介電常數無窮大在現實中無法達到，所以高介質常數的介質模型只是近似磁壁諧振器，腔內總有一部分的電磁波輻射到空氣中，也就形成了輻射體。
對於介電常數而言，介電常數越大，越有利於小型化的設計，但是也會影響帶寬變小，因此介質常數的值一般取大於20。
天線畢設問題預測
1、應用場景
可應用到手持無線通信設備中，可以完整覆蓋CDMA2000、WCDMA和TD-LTE移動通信模式。
2、參數越低越好還是越高越好
1、對於S11參數而言是越低越好，因爲S11是回波損耗的負數，而回波損耗（反射波和入射波的功率之比）趨近於無窮的時候表示完全匹配。
（反射係數【反射電壓/入射電壓】和駐波比越小越好【VSWR=(1+|Г|)/(1-|Г|)】）
2、對於增益而言是越高越好，因爲天線增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線和理想輻射單元在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。表示定向天線輻射集中程度的參數，影響天線發射信號覆蓋範圍和強度。
3、對品質因數Q值而言是越高越好，因爲由他的定義式可以知道其與功率損耗成反比，因此品質因數Q值越高越好。
3、回波損耗、S11、反射係數、駐波比
具體的定義與內容可以參考課本《微波技術與天線》
回波損耗(RL)：入射功率/反射功率, 爲dB數值；回波損耗的值在0dB的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。
S參數：S12爲反向傳輸係數，也就是隔離。S21爲正向傳輸係數，也就是增益。S11爲輸入反射係數，也就是輸入回波損耗，S22爲輸出反射係數，也就是輸出回波損耗。
反射係數(Г)：反射電壓/入射電壓
電壓駐波比(VSWR): 波腹電壓/波節電壓；
關係及定義如下：
RL(dB)=10lg(輸入功率/反射功率)= - 20lg|Г|
S11=-RL(dB)=20lg|Г|
Г=Vref/Vinc=(ZL-Z0)/(ZL+Z0) //Z0爲突變前的瞬態阻抗，ZL爲突變後的瞬態阻抗
VSWR=(1+|Г|)/(1-|Г|)
RL與S11，都是表示阻抗匹配性能的參數，一般指標要求：S11< - 10dB對應於VSWR＜2(當S11高於-10db的時候，表明30%的信號被反射)
4、參數的選擇的依據(原因)，選擇參數進行優化的原因，對天線有影響的參數是怎麼影響天線的
選擇優化的參數是根據結構選擇，在多次參數掃描中也可以發現上層貼片的長寬影響不大，寄生貼片的高度對高頻段的影響明顯，而支柱高度使頻率左移，這時就需要根據我們的設計目標進行選擇，對饋電傳輸線的寬度則通過計算軟件進行計算，長度通過HFSS仿真確定。
介質諧振器的高度爲主要影響因數，諧振頻率的1/2波長，長寬則通過相關公式與工作頻率進行估算，最後用HFSS仿真確定。
5、阻抗匹配(阻抗匹配網絡)
在電學中，常把對電路中電流所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗單位爲歐姆，常用Z表示，是一個複數Z= R+i( ωL–1/（ωC）)。具體說來阻抗可分爲兩個部分，電阻（實部）和電抗（虛部）。其中電抗又包括容抗和感抗，由電容引起的電流阻礙稱爲容抗，由電感引起的電流阻礙稱爲感抗。
阻抗匹配的重要性
阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間達到一種適合的搭配。阻抗匹配主要有兩點作用，調整負載功率和抑制信號反射。
你的阻抗匹配怎麼調的？
阻抗匹配的方法主要有兩個，一是改變組抗力，二是調整傳輸線。
1、改變阻抗力就是通過電容、電感與負載的串並聯調整負載阻抗值，以達到源和負載阻抗匹配。
2、調整傳輸線是加長源和負載間的距離，配合電容和電感把阻抗力調整爲零。此時信號不會發生髮射，能量都能被負載吸收。高速PCB佈線中，一般把數字信號的走線阻抗設計爲50歐姆。一般規定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對絞線（差分）爲85-100歐姆。
3、那麼對於此雙頻介質諧振器天線採用的微帶線饋電，要讓我們的微波信號儘可能地傳輸到負載點，而在傳輸的過程中減少信號的反射。那麼我們可以通過調節微帶線的長度Lm，對應的是微帶線伸入介質諧振器底部的深度，觀察S11圖的變化情況，根據仿真結果我們可以看到回波損耗S11在Lm爲80mm的時候，天線阻抗匹配最佳。
爲什麼常見的阻抗匹配都是選擇50歐姆？
30歐姆的同軸電纜傳輸的功率最大，77歐姆的同軸電纜傳輸信號損耗最小。
目前實際應用中一般取50歐姆和75歐姆的阻抗匹配，其中50歐姆的匹配兼顧了耐壓、功率傳輸和損耗等優勢，而75歐姆匹配由於其損耗最小，多用於遠距離傳輸。
6、仿真步驟(建模開始)，激勵怎麼添加(怎麼饋電，饋電的地方)，邊界條件怎麼設置
設置求解模式（Modal模式驅動）——設置標準單位——創建天線的結構模型——設置邊界條件（理想導體邊界條件（饋電微帶線、寄生貼片、反射板上的上層貼片）、輻射邊界條件（空氣盒子大於1/4波長））——設置激勵條件（集總端口激勵）——設置求解參數——運行求解分析——查看求解結果——參數掃描分析
【PEC 理想導體 perfect electric conducity】
7、求解頻率設置
求解頻率設置爲低頻諧振點2.16GHz，導出S11和阻抗匹配圖的變化不大。
不過，導出方向圖時就需要設置兩個求解頻率。
8、中心頻率，工作頻率一樣不一樣，他們是什麼。工作頻段。
中心頻率是通帶之間的中點，共振最強點。而實際上，天線不是工作在某個頻率點，而是在一個頻率範圍內的，這個工作頻段也就是帶寬，我們一般以-10db爲界限劃分。
9、天線方向圖怎麼樣的，e面和h面，方向圖的意思
所謂天線方向圖，是指在離天線一定距離處，輻射場的相對場強（歸一化模值）隨方向變化的圖形，通常採用通 過天線最大輻射方向上的兩個相互垂直的平面方向圖來表示。天線方向圖是用來表示天線的方向性的圖，所謂的“天線方向性”，就是指在遠區相同距離R的條件下，天線輻射場的相對值與空間方向的關係。
E面指的是電場方向 增益隨θ變化的方向圖 xz平面
H面指的是磁場方向 增益隨ψ變化的方向圖 xy平面
10、主極化與交叉極化
1、主極化方向是電場強度最大輻射方向，與參考源的場平行的場量稱爲共面極化或主極化
2、一般的交叉極化是指與主極化正交的極化分量，即與主極化垂直的方向，交叉極化是我們不希望產生的極化。
3、一般來說主極化與交叉極化相差越大越好；如果交叉極化相對主極化很小，那就可以直接用總的極化近似主極化了。所以在有的論文中作者會把主極化以及交叉極化的對比方向圖放出來，以作天線性能分析。
4、在HFSS中，要查看主極化和交叉極化，首先必須確定電場最大輻射方向。如果最大輻射方向在Z軸，主極化和交叉極化比較容易觀察，對線極化天線來說，就看GainTheta和GainPhi；如果是圓極化，就看GainRHCP和GainLHCP。
11、在無線通信裏面，該天線的優缺點
雙頻段，覆蓋三個移動通信模式
損耗小：低頻最低達到-36.8dB，高頻達到-43.2dB。
增益高：工作頻段內的最大增益均在5.22dBi以上；在2.68GHz時達到了增益的最大值8.05dBi。
（dBi和dBd是功率增益的單位，兩者都是相對值，但參考基準不一樣。dBi的參考基準爲全方向性天線；dBd的參考基準爲偶極子。dBi=dBd+2.15）
12、工作頻段設置的原因/依據
爲了對應三個移動通信模式
分別是CDMA2000的2.11-2.125GHz；WCDMA的2.13-2.145GHz；還有TD-LTE的2.575-2.635GHz。這三個分別是電信、聯通、移動的（下行）頻段。
13、單極子天線和偶極子天線的概念，區分
單極子是從中心饋電切去一半並相對於地面饋電的偶極子。由於單極子接地面就是偶極子的對稱面，因此輸入電壓只有偶極子的一半，又因爲對稱性，單極子和偶極子的電流大小相同，因此單極子的輸入阻抗是偶極子的一半。同理，輻射電阻或輻射功率也是偶極子的一半。
由於單極子只輻射上半空間，而偶極子輻射整個空間，因此單極子的方向性是偶極子的2倍。
14、電長度(180°)
一個波長對應的電長度360度
1/4波長就90度
15、介質諧振器天線的優點
第一，介質諧振器天線可以爲任意的立體形狀，可變參數變多後也就增加了設計的自由度，如球形、圓柱形、矩形和棱臺型等。
第二，介質諧振器的介質常數選擇範圍比較大，可以從6到100
第三，不存在導體的損耗，自身的介質損耗也比較小，可以通過五個表面向外輻射能量。
第四，由於介質材料本身決定了其可承受高功率，溫度穩定性高
最後，是其各單元間的耦合較小，可以用作天線陣列中的單元
對於我們熟悉的貼片天線，它的優勢就在於體積輕小、價格低，易於集成。
16、TEM、TE、TM波的區別？
TEM波就是橫波,電矢量H、磁矢量E與傳播方向k三者相互垂直,其他方向都沒有分量。但有的在波傳播方向k上有H波或E波,這就產生了所謂的TE波或TM波。
TE波(即s波):在傳播方向上有磁場分量但無電場分量,稱爲橫電波。在平面光波導(封閉腔結構)中,電磁場分量有Ey, Hx, Hz,傳播方向爲z方向。
TM波(即p波):在傳播方向上有電場分量而無磁場分量,稱爲橫磁波。在平面光波導(封閉腔結構)中,電磁場分量有Hy, Ex, Ez,傳播方向爲z方向。
三者可以這樣記憶:橫電磁波就是電和磁都是橫着的,橫電波只有電場是橫的,橫磁波就只有磁場是橫的。
注意論文和PPT，看着論文和PPT進行提問(漏洞或者圖形或者其他名詞概念)
一般性問題：
1、自己爲什麼選擇這個課題？
2、研究這個課題的意義和目的是什麼？
3、全文的基本框架、基本結構是如何安排的？
4、全文的各部分之間邏輯關係如何？
5、在研究本課題的過程中，發現了那些不同見解？對這些不同的意見，自己是怎樣逐步認識的？又是如何處理的？
6、論文雖未論及，但與其較密切相關的問題還有哪些？
7、還有哪些問題自己還沒有搞清楚，在論文中論述得不夠透徹？
8、寫作論文時立論的主要依據是什麼？
1．爲什麼選擇這個課題（或題目），研究、寫作它有什麼學術價值或現實意義。
2．說明這個課題的歷史和現狀，即前人做過哪些研究，取得哪些成果，有哪些問題沒有解決，自己有什麼新的看法，提出並解決了哪些問題。
3．文章的基本觀點和立論的基本依據。
4．學術界和社會上對某些問題的具體爭論，自己的傾向性觀點。
5．重要引文的具體出處。
6．本應涉及或解決但因力不從心而未接觸的問題；因認爲與本文中心關係不大而未寫入的新見解。
7．本文提出的見解的可行性。
8．定稿交出後，自己重讀審查新發現的缺陷。
9．寫作畢業論文（作業）的體會。
10．本文的優缺點。總之，要作好口頭表述的準備。
闞國錦.反射板結構介質諧振結構與貼片陣列天線研究與設計[D].西南交通大學,2018.