WIFI天線設計畢業(yè)論文 定稿

PAGEPAGEPAGEI無線通信（論文）題目WIFI天線設計專業(yè)班級通信工程084班學生姓名李敏代興利陳樹家學號200813211120081321172008132003指導教師趙巖2011年12月20日齊齊哈爾大學無線通信PAGE28摘要在無線網(wǎng)絡迅速發(fā)展的今天，天線的地位及其應用被人們?nèi)找嬷匾?。本文系統(tǒng)的介紹WIFI天線制作方法，理論分析依據(jù)，及其制作過程中的技術要求。本文具體內(nèi)容包涵WIFI知識，WIFI是種短程無線傳輸技術。具體理論分析計算制作WIFI天線形狀、尺寸大小及其選用材料，具體制作WIFI天線的過程。及其測試WIFI天線性能，對比系統(tǒng)自帶天線。包涵制作心得及其制作技巧，此天線原理簡單，制作成功率高，是各位無線網(wǎng)絡DIY愛好者初級制作首選。關鍵詞：WIFI天線；無線網(wǎng)絡；WIFI天線制作

ABSTRACTIntoday'srapiddevelopmentofwirelessnetworks,antennaanditsapplicationsisincreasingattentiononthestatusof.MethodformakingthissystemtointroduceWIFIantenna,theoreticalanalysisbasedon,andintheprocessofmakingtechnologyrequirements.KnowledgeofspecificcontentinthisarticleincludeWIFI,WIFIiskindofshortrangewirelesstransmissiontechnology.AnalysisandcalculationofspecifictheoriesmakeWIFIantennaselectionofshapes,sizesandmaterials,theconcreteprocessofmakingWIFIantenna.AndtestingWIFIantennaperformance,contrastwithantennasystem.Excusemakingexperienceandproductionskills,thisantennasimpleinprinciple,makeahighlysuccessful,areyouDIYenthusiastsprimaryproductionpreferredwirelessnetwork.Keywords：WIFIantenna;wirelesssignal;WIFIantennamanufacture

目錄TOC\o"1-3"\h\u24068摘要 I25987ABSTRACT II9430目錄 III31644第1章引言 113945第2章概述 241032.1WIFI相關簡述 2199312.2WIFI組建方法 4148662.3WIFI目前的應用 5135142.4WIFI天線制作與測試材料及工具 6136292.5本設計方案思路 656332.6主要技術指標 714516第3章理論分析 970373.1分析天線形狀 9147243.2天線尺寸設計 10326303.3罐頭盒大小設計 11133103.4導波線路分析 134099第4章制作與調(diào)試 15105054.1整體實物制作 15186614.2WIFI天線調(diào)試 204606第5章性能測試與對比 21164755.1系統(tǒng)自帶天線與WIFI天線性能對比 2119769第6章制作心得 2432748第7章結論 25第1章引言WIFI全稱WirelessFidelity，又稱802.11b標準，是IEEE定義的一個無線網(wǎng)絡通信的工業(yè)標準（IEEE802.11）。802.11b定義了使用直接序列擴頻調(diào)制技術在2.4GHz頻帶實現(xiàn)11Mbit/s速率的無線傳輸，在信號較弱或有干擾的情況下，寬帶可調(diào)整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps。隨著網(wǎng)絡和通信技術的飛速發(fā)展，用戶對無線通信的需求日漸突出，也出現(xiàn)了許多的無線通信協(xié)議。WIFI以其獨特的優(yōu)勢越來越受到業(yè)界的關注，并顯示出極大的應用前景。WIFI是由AP（Access Point，無線訪問節(jié)點）和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡，AP是當作傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)絡與無線局域網(wǎng)絡之間的橋梁，其工作原理相當于一個內(nèi)置無線發(fā)射器的HUB或者是路由；無線網(wǎng)卡則是負責接收由AP所發(fā)射信號的CLIENT端設備。因此一個裝有無線網(wǎng)卡的PC均可透過AP分享有線局域網(wǎng)絡甚至廣域網(wǎng)絡的資源。近年來，無線通信發(fā)展迅速，作為系統(tǒng)發(fā)射和接收電磁波的重要前段器件——天線，其性能對整個系統(tǒng)的通信質(zhì)量至關重要。天線的小型化、多頻帶和多天線等技術成為研究的熱點；與此同時，準確測了小天線也面臨著很大的困難。在國內(nèi)，無線AP的數(shù)量呈迅猛的增長，無線網(wǎng)絡的方便與高效使其能夠得到迅速的普及。除了在目前的一些公共地方有AP之外，國外已經(jīng)有先例以無線標準來建設城域網(wǎng)，因此，WIFI的無線地位將會日益牢固。WIFI天線在未來需求量巨大，便宜高質(zhì)量WIFI天線將會是無線網(wǎng)絡用戶喜愛的產(chǎn)品。制作簡單，成功率高，性能優(yōu)越的WIFI天線也將會受到無線網(wǎng)絡用戶的青睞。而且現(xiàn)在就有單獨販賣的WIFI天線，如果我們自己就可以利用身邊的材料做出一個跟市場上性能不相上下或者性能更在市場天線之上的WIFI天線，簡簡單單，那有多好。自己制作的東西，有實用價值，還可以廢物利用，真是一舉兩得。

第2章概述2.1WIFI相關簡述圖2.1.1（WIFI標志圖） 所謂WIFI，其實就是IEEE802.11b的別稱，是由一個名為“無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟”（WirelessEthernetCompatibilityAlliance,WECA）的組織所發(fā)布的業(yè)界術語，中文譯為“無線相容認證”。它的標志圖如圖2.1.1所示。它是一種短程無線傳輸技術，能夠在數(shù)百米范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號。隨著技術的發(fā)展，以及IEEE802.11a及IEEE802.11g等標準的出現(xiàn)，現(xiàn)在IEEE802.11這個標準已被統(tǒng)稱作WIFI。從應用層面來說，要使用WIFI，用戶首先要有WIFI兼容的用戶端裝置。WIFI是一種幫助用戶訪問電子郵件、Web和流式媒體的賦能技術。它為用戶提供了無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問。同時，它也是在家里、辦公室或在旅途中上網(wǎng)的快速、便捷的途徑。能夠訪問WIFI網(wǎng)絡的地方被稱為熱點。WIFI或802.11b在2.4Ghz頻段工作，所支持的速度最高達11Mbps。另外還有兩種802.11空間的協(xié)議，包括(a)和(g)。它們也是公開使用的，但802.11b在世界上最為常用。WIFI熱點是通過在互聯(lián)網(wǎng)連接上安裝訪問點來創(chuàng)建的。這個訪問點將無線信號通過短程進行傳輸-一般覆蓋300英尺。當一臺支持WIFI的設備（例如PocketPC）遇到一個熱點時，這個設備可以用無線方式連接到那個網(wǎng)絡。大部分熱點都位于供大眾訪問的地方，例如機場、咖啡店、旅館、書店以及校園等等。許多家庭和辦公室也擁有WIFI網(wǎng)絡。雖然有些熱點是免費的，但是大部分穩(wěn)定的公共WIFI網(wǎng)絡是由私人互聯(lián)網(wǎng)服務提供商(ISP)提供的，因此會在用戶連接到互聯(lián)網(wǎng)時收取一定費用。全稱WirelessFidelity。802.11b有時也被錯誤地標為WIFI，實際上WIFI是無線局域網(wǎng)聯(lián)盟（WLANA）的一個商標，該商標僅保障使用該商標的商品互相之間可以合作，與標準本身實際上沒有關系。但是后來人們逐漸習慣用WIFI來稱呼802.11b協(xié)議。它的最大優(yōu)點就是傳輸速度較高，可以達到11Mbps，另外它的有效距離也很長，同時也與已有的各種802.11DSSS設備兼容。筆記本電腦技術——迅馳技術就是基于該標準的。IEEE（［美國］電子和電氣工程師協(xié)會）802.11b無線網(wǎng)絡規(guī)范是IEEE802.11網(wǎng)絡規(guī)范的擴展，最高帶寬為11Mbps，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調(diào)整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，帶寬的自動調(diào)整，有效地保障了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和可靠性。其主要特性為：速度快，可靠性高，在開放性區(qū)域，通訊距離可達305米，在封閉性區(qū)域，通訊距離為76米到122米，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡整合，組網(wǎng)的成本更低。WIFI（WirelessFidelity，無線相容性認證）的正式名稱是“IEEE802.11b”，與藍牙技術一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術。雖然在數(shù)據(jù)安全性方面，該技術比藍牙技術要差一些，但是在電波的覆蓋范圍方面則要略勝一籌。Wife的覆蓋范圍則可達300英尺左右（約合90米），辦公室自不用說，就是在小一點的整棟大樓中也可使用。因此，WIFI一直是企業(yè)實現(xiàn)自己無線局域網(wǎng)所青睞的技術。還有一個原因，就是與代價昂貴的3G企業(yè)網(wǎng)絡相比，WIFI似乎更勝一籌。關于WIFI的熱點都誕生在2002年，在美國，WIFI就像早期的因特網(wǎng)一樣，呈現(xiàn)出星火燎原之勢。在2003年它注定要在世界范圍內(nèi)有著美好的前景。正確讀音[wai][fai]WIFI突出優(yōu)勢其一，無線電波的覆蓋范圍廣，基于藍牙技術的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只有50英尺左右約合15米，而WIFI的半徑則可達300英尺左右約合100米，辦公室自不用說，就是在整棟大樓中也可使用。其二，雖然由WIFI技術傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不是很好，數(shù)據(jù)安全性能比藍牙技術差一些，傳輸質(zhì)量也有待改進，但傳輸速度非?？欤梢赃_到54mbps，符合個人和社會信息化的需求。其三，廠商進入該領域的門檻比較低。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設置“熱點”，并通過高速線路將因特網(wǎng)接入上述場所。這樣，由于“熱點”所發(fā)射出的電波可以達到距接入點半徑數(shù)十米至100米的地方，用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)。也就是說，廠商不用耗費資金來進行網(wǎng)絡布線接入，從而節(jié)省了大量的成本。根據(jù)無線網(wǎng)卡使用的標準不同，WIFI的速度也有所不同。其中IEEE802.11b最高為11Mbps（部分廠商在設備配套的情況下可以達到22Mbps），IEEE802.11a為54Mbps、IEEE802.11g也是54Mbps。WIFI是由AP(AccessPoint)和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡。AP一般稱為網(wǎng)絡橋接器或接入點，它是當作傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)絡與無線局域網(wǎng)絡之間的橋梁，因此任何一臺裝有無線網(wǎng)卡的PC均可透過AP去分享有線局域網(wǎng)絡甚至廣域網(wǎng)絡的資源，其工作原理相當于一個內(nèi)置無線發(fā)射器的HUB或者是路由，而無線網(wǎng)卡則是負責接收由AP所發(fā)射信號的CLIENT端設備。 而wirelessb/g表示網(wǎng)卡的型號，按照其速度與技術的新舊可分為802.11a、802.11b、802.11g。講起無線網(wǎng)，大家都有一種似是而非的感覺，無線是否簡單地兩臺計算機互聯(lián)？No！這已經(jīng)是上個世紀的無線概念，新一代的無線網(wǎng)絡，將以無須布線和使用相對自由，建立起人們對無線局域網(wǎng)的全新感受。需求決定了市場的發(fā)展，很少見到哪種IT技術或是產(chǎn)品能夠像它這樣有如此迅猛的增長勢頭，不受任何約束隨時隨地訪問互聯(lián)網(wǎng)不再是夢想，其中，WIFI發(fā)揮了至關重要的作用。WIFI代表了“無線保真”，指具有完全兼容性的802.11標準IEEE802.11b子集，它使用開放的2.4GHz直接序列擴頻，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為11Mbps，也可根據(jù)信號強弱把傳輸率調(diào)整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps帶寬。無需直線傳播傳輸范圍為室外最大300米，室內(nèi)有障礙的情況下最大100米，是現(xiàn)在使用的最多的傳輸協(xié)議。它與有線網(wǎng)絡相較之下，有許多優(yōu)點：它與有線網(wǎng)絡相較之下，有許多優(yōu)點：無須布線WIFI最主要的優(yōu)勢在于不需要布線，可以不受布線條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要，具有廣闊市場前景。目前它已經(jīng)從傳統(tǒng)的醫(yī)療保健、庫存控制和管理服務等特殊行業(yè)向更多行業(yè)拓展開去，甚至開始進入家庭以及教育機構等領域。健康安全IEEE802.11規(guī)定的發(fā)射功率不可超過100毫瓦，實際發(fā)射功率約60~70毫瓦，這是一個什么樣的概念呢？手機的發(fā)射功率約200毫瓦至1瓦間，手持式對講機高達5瓦，而且無線網(wǎng)絡使用方式并非像手機直接接觸人體，是絕對安全的。2.2WIFI組建方法 一般架設無線網(wǎng)絡的基本配備就是無線網(wǎng)卡及一臺AP，如此便能以無線的模式，配合既有的有線架構分享網(wǎng)絡資源，架設費用和復雜程度遠遠低于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡。如果只是幾臺電腦的對等網(wǎng)，也可不要AP，只需要每臺電腦配備無線網(wǎng)卡。AP為AccessPoint簡稱，一般翻譯為“無線訪問節(jié)點”，或“橋接器”。它主要在媒體存取控制層MAC中扮演無線工作站及有線局域網(wǎng)絡的橋梁。有了AP，就像一般有線網(wǎng)絡的Hub一般，無線工作站可以快速且輕易地與網(wǎng)絡相連。特別是對于寬帶的使用，WIFI更顯優(yōu)勢，有線寬帶網(wǎng)絡（ADSL、小區(qū)LAN等）到戶后，連接到一個AP，然后在電腦中安裝一塊無線網(wǎng)卡即可。普通的家庭有一個AP已經(jīng)足夠，甚至用戶的鄰里得到授權后，則無需增加端口，也能以共享的方式上網(wǎng)。長距離工作，別看無線WIFI的工作距離不大，在網(wǎng)絡建設完備的情況下，802.11b的真實工作距離可以達到100米以上，而且解決了高速移動時數(shù)據(jù)的糾錯問題、誤碼問題，WIFI設備與設備、設備與基站之間的切換和安全認證都得到了很好的解決。但隨著無線產(chǎn)業(yè)從802.11g到下一代802.11n標準的演變，越來越多的產(chǎn)品開始采用功能強大的802.11n技術，因為它能提供更快更可靠的無線連接。802.11n平臺的速度比802.11g快7倍，比以太網(wǎng)快3倍。另外，它具有更大的覆蓋范圍，可以在整個家庭內(nèi)提供健壯的連接，即使是各個角落也游刃有余。由于它具有很大的帶寬，因此802.11n是首個能夠同時承載高清視頻、音頻和數(shù)據(jù)流的無線多媒體分發(fā)技術。而且802.11n產(chǎn)品還提供并發(fā)雙頻操作，因此能為寬帶多媒體應用提供更多的信道容量。如今許多消費者擁有數(shù)字電影、電視片、音樂和照片庫，他們非常希望能夠從家庭中的任何地方通過無線設備訪問這些媒體內(nèi)容。802.11n不僅支持多個并發(fā)用戶和設備，而且它的超強功能可保證服務質(zhì)量，確保家庭中所有設備提供更佳用戶體驗，同時提供智能的內(nèi)容管理和發(fā)布。802.11n標準的版本還是草案2.0版，正式版的批準有望在2009完成。802.11n規(guī)范的草案2.0版已經(jīng)非常完善，今后對草案應該不會有大的修改。對支持802.11n較早草案的802.11n設備而言，這些設備可以通過固件實現(xiàn)升級。為了促進802.11n的普及，WIFI認證非常關鍵。因此，市場向802.11n轉變的趨勢越來越明顯，并且更具性價比。802.11n生態(tài)系統(tǒng)也在迅速發(fā)展，有越來越多的制造商在HDTV、機頂盒和媒體適配器中增加802.11n技術。該趨勢將推動整個家庭的視頻發(fā)布無線覆蓋成為新的殺手應用。據(jù)ABIResearch公司預測，2008年802.11n產(chǎn)品將占全部WIFI交貨量的近一半。2.3WIFI目前的應用 由于WIFI的頻段在世界范圍內(nèi)是無需任何電信運營執(zhí)照的免費頻段，因此WLAN無線設備提供了一個世界范圍內(nèi)可以使用的，費用極其低廉且數(shù)據(jù)帶寬極高的無線空中接口。用戶可以在WIFI覆蓋區(qū)域內(nèi)快速瀏覽網(wǎng)頁，隨時隨地接聽撥打電話。而其它一些基于WLAN的寬帶數(shù)據(jù)應用，如流媒體、網(wǎng)絡游戲等功能更是值得用戶期待。有了WIFI功能我們打長途電話（包括國際長途），瀏覽網(wǎng)頁、收發(fā)電子郵件、音樂下載、數(shù)碼照片傳遞等，再無需擔心速度慢和花費高的問題。WIFI在掌上設備上應用越來越廣泛，而智能手機就是其中一份子。與早前應用于手機上的藍牙技術不同，WIFI具有更大的覆蓋范圍和更高的傳輸速率，因此WIFI手機成為了目前移動通信業(yè)界的時尚潮流?，F(xiàn)在WIFI的覆蓋范圍在國內(nèi)越來越廣泛了，高級賓館，豪華住宅區(qū)，飛機場以及咖啡廳之類的區(qū)域都有WIFI接口。當我們?nèi)ヂ糜危k公時，就可以在這些場所使用我們的掌上設備盡情網(wǎng)上沖浪了。WLAN是WirelessLocalAreaNetwork（無線局域網(wǎng)）的縮寫，它是一種基于802.11n/b/g/a標準，利用WIFI無線通信技術將PC等設備連接起來，構成可以互相通信、實現(xiàn)資源共享的網(wǎng)絡。近兩年，市場上支持UMA（UnlicensedMo-bileAccess非授權移動接入）等技術，具備WLAN連接功能的智能手機越來越多。它們除了可以借助GSM/CDMA移動通信網(wǎng)絡通話外，還能在WIFI無線局域網(wǎng)覆蓋的區(qū)域內(nèi)，共享PC上網(wǎng)或Void通話。下面，我們就以采用WindowsMobile操作系統(tǒng)的WIFI手機為例，為大家介紹手機如何通過WLAN上網(wǎng)。擁有WIFI功能的手機一覽：諾基亞N80、索愛W960、三星SGH-T709、摩托羅拉A910等。為了能用手機躺在床上上網(wǎng)，開通GPRS。無奈GPRS上網(wǎng)不但速度難以讓人滿意，資費也不便宜?？偛荒転榱藨卸ベI臺筆記本電腦吧？當然不用。其實，只需一臺無線路由器，我們就能讓手機和PC共享寬帶上網(wǎng)。目前通過無線路由器或無線AP上網(wǎng)，已經(jīng)成為很多上網(wǎng)用戶的選擇。通過無線路由器、LAN或WLAN，PC可以輕松的利用ADSL、Cable、FTTX等寬帶接入Internet。WIFI手機通過無線路由器共享上網(wǎng)也非常方便，多數(shù)WIFI手機不需要做任何設置，在無線路由器的信號覆蓋范圍內(nèi)，WIFI手機和無線路由器的默認設置下，WIFI手機就能自動獲取IP地址進行無線連接，并利用手機自帶的IE、MSN等軟件無線上網(wǎng)。當然，如果在WIFI手機和無線路由器都正常開啟的情況下，WIFI手機無法通過無線路由器共享上網(wǎng)，我們就需要檢查一下設備的設置。2.4WIFI天線制作與測試材料及工具 本畢業(yè)設計作品盡量使用日常生活用品，讓制作材料較易收集。制作工具較易找到，不使用工廠專用工具。方便其無線網(wǎng)絡發(fā)燒友自己動手做實物。天線設計主要有以下3個部分：環(huán)境（罐頭盒），天線（金屬片），導波線（50歐姆饋線）。主要用材有：100mm*123mm桶裝罐頭盒，10mm*30mm金屬片，SMA公母頭兩個，400mm50歐姆饋線一根等。需要工具：剪刀，轉頭，鐵錘，精確到毫米的刻度尺，記號筆，電烙鐵，焊錫絲及焊接物品。主要測試工具：外接無線網(wǎng)卡一張，可以正常使用的筆記本一臺，相關天線測試軟件，無線AP一個。這些東西估計大家都很容易找到的，下面我們來看下本作品的主要設計思路。2.5本設計方案思路為使其制作天線盡量簡單化、明了化，所以我們這次制作盡量使用組合器材。為了盡量簡單，我們直接選擇合適大小的罐頭盒，讓他做為天線的環(huán)境（這個環(huán)境對天線接收信號強度影響很大），再用廢棄的銅片裁剪成形狀合適，大小適中的天線（這個形狀大小對天線接收信號影響也很大），再通過50歐姆饋母線與無線網(wǎng)卡相連，把這三大件組合在一起就很簡單的做成了一個天線。測試環(huán)節(jié)，用筆記本測量無線網(wǎng)卡接收信號強度多少，再使用專門的軟件對比測試某個信號強度在不同天線下的大小。2.6主要技術指標1、天線是輸入阻抗

天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優(yōu)劣一般用四個參數(shù)來衡量即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個參數(shù)之間有固定的數(shù)值關系，使用那一個純出于習慣。在我們?nèi)粘＞S護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。一般移動通信天線的輸入阻抗為50Ω。駐波比：它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求駐波比小于1.5，但實際應用中VSWR應小于1.2。過大的駐波比會減小基站的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大，影響基站的服務性能?；夭〒p耗：它是反射系數(shù)絕對值的倒數(shù)，以分貝值表示?；夭〒p耗的值在0do的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越差，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。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求回波損耗大于14dB。2、天線的極化方式

所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產(chǎn)生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產(chǎn)生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產(chǎn)生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，在移動通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。另外，隨著新技術的發(fā)展，最近又出現(xiàn)了一種雙極化天線。就其設計思路而言，一般分為垂直與水平極化和±45°極化兩種方式，性能上一般后者優(yōu)于前者，因此目前大部分采用的是±45°極化方式。雙極化天線組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線，并同時工作在收發(fā)雙工模式下，大大節(jié)省了每個小區(qū)的天線數(shù)量；同時由于±45°為正交極化，有效保證了分集接收的良好效果。（其極化分集增益約為5do，比單極化天線提高約2dB。）3、天線的增益

天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是衡量天線性能好壞的重要的參數(shù)之一。一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統(tǒng)的運行質(zhì)量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)增大增益余量。任何蜂窩系統(tǒng)都是一個雙向過程，增加天線的增益能同時減少雙向系統(tǒng)增益預算余量。4、天線的波瓣寬度 波瓣寬度是定向天線常用的一個很重要的參數(shù)，它是指天線的輻射圖中低于峰值3do處所成夾角的寬度（天線的輻射圖是度量天線各個方向收發(fā)信號能力的一個指標，通常以圖形方式表示為功率強度與夾角的關系）。天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對應方向上的覆蓋半徑有關。因此，在一定范圍內(nèi)通過對天線垂直度（俯仰角）的調(diào)節(jié)，可以達到改善小區(qū)覆蓋質(zhì)量的目的，這也是我們在網(wǎng)絡優(yōu)化中經(jīng)常采用的一種手段。主要涉及兩個方面水平波瓣寬度和垂直平面波瓣寬度。水平平面的半功率角（H－PlaneHalfPowerbeamwidth）:(45°,60°,90°等)定義了天線水平平面的波束寬度。角度越大,在扇區(qū)交界處的覆蓋越好，但是當我們提高天線傾角時，也越容易發(fā)生波束畸變,形成越區(qū)覆蓋。角度越小，在扇區(qū)交界處覆蓋越差。提高天線傾角可以在移動程度上改善扇區(qū)交界處的覆蓋，而且相對而言，不容易產(chǎn)生對其他小區(qū)的越區(qū)覆蓋。在市中心基站由于站距小，天線傾角大，應當采用水平平面的半功率角小的天線，郊區(qū)選用水平平面的半功率角大的天線；垂直平面的半功率角（V－PlaneHalfPowerbeamwidth）:（48°,33°,15°,8°）定義了天線垂直平面的波束寬度。垂直平面的半功率角越小，偏離主波束方向時信號衰減越快，在越容易通過調(diào)整天線傾角準確控制覆蓋范圍。5、前后比(Front-BackRatio)

表明了天線對后瓣抑制的好壞。選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋，導致切換關系混亂，產(chǎn)生掉話。一般在25－30dB之間，應優(yōu)先選用前后比為30的天線。以上說的這些天線指標參數(shù)，是一些主要衡量天線性能好壞的參數(shù)。由于測量計算這些參數(shù)需要一些特定的工具還有一些技巧，我對這個自制的天線的技術指標沒做什么精確的測量和計算。

第3章理論分析3.1分析天線形狀天線主要是在無線傳輸過程中起到一個媒介的作用。首先無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率,經(jīng)過電纜反饋輸送給天線，然后天線以電磁波形式輻射出去，而當電磁波到達接收點之后，最后又由天線接受下來，但是接收的只能接收到小部分功率，并且通過電纜反應到無線電機手機.在整個環(huán)節(jié)中，天線是無線通信的重要組成部分。天線的品種繁多，主要分類有：1.按用途分，可以分為通信天線、電視天線、雷達天線等。2.按工作頻段分，可以分為短波天線、超短波天線、微波天線等。3.按方向分類，可以分為全向天線、定向天線等。4按外形分類，可以分為線狀天線、面狀天線等等。這么多的分類以供不同的頻率，不同用途，不同場合，不同要求等不同的情況下可以做出選擇。發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射，垂直放置的半波對稱振子具有平放的"面包圈"形的立體方向圖。若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生"扁平的面包圈"，把信號進一步集中到在水平面方向上。下圖是4個半波振子沿垂線上下排列成一個垂直四元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖（圖3.1.1 ，圖3.1.2）。圖3.1.1（立體方向圖） 圖3.1.2（垂直方向圖）也可以利用反射板可把輻射能控制到單側方向，平面反射板放在陣列的一邊構成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平面方向圖說明了反射面的作用反射面把功率反射到單側方向，提高了增益（圖3.1.3 圖3.1.4）。 圖3.1.3（垂直陣列不帶平板反射板） 圖3.1.4（垂直陣列帶平板反射板）拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學中的探照燈那樣，把能量集中到一個小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構成包括兩個基本要素：拋物反射面和放置在拋物面焦點上的輻射源。3.2天線尺寸設計信號源的形狀、大小、安放的位置都是極為重要的，對于WIFI無線信號源我們也不是隨意放置的。信號源與天線底部的那一小段距離被叫做偏移距離，一般來說這段距離應該是“封閉空間波長”的1/4。對于各種頻率信號來說，偏移的距離也各不一樣。下面的表格就列出了在無線網(wǎng)絡領域中1、6、11頻道的偏移距離。信號源將直接連接到同軸電纜內(nèi)部的導體，它是信號擴散到空間中的最終的放射源。放射體可以有很多形狀，對于波導信號來說不同形狀的放射源也會產(chǎn)生不同的效能。一般常用的放射源有三種形狀：圓柱體、楔型體、圓錐體。如下圖（圖3.2.1 ）所示：根據(jù)選用不同形狀的信號源，設計的信號源尺寸也不太一樣。 圖3.2.1（三種天線形狀）圓錐型的放射源是最有效率的，但它的制作工藝要求非常嚴格，因此實現(xiàn)起來也是非常困難的，而圓柱體和楔型體制作起來就比較簡單了。其中圓柱體的放射體制作起來是最為簡單的，你只需要找一根粗一點的銅導線就可以了。但是圓柱體的信號的適應頻率和拓展范圍也是最為狹窄的。如果使用它來制作波導天線的話，最終的信號效率將大打折扣。較之圓柱體來說楔型體放射源的制作會稍微復雜一些，但是它可以完全與WIFI的信號頻率相匹配。并且信號的效率也僅僅比圓錐體略遜一點而已，因為楔型體與圓錐體最為近似，他們的信號效率也就大致相當。所以呢，在此，我們就選擇楔型體的放射源。 圖3.2.2（楔型體天線尺寸）雖然楔型體放射源的制作并不復雜，但是也需要你掌握一定的焊接技術。要想涵蓋所有的WIFI頻段，楔型體的底部需要有1mm的寬度，即它與N型連接頭焊接的地方，它的頂端寬度要達到6mm。如上圖（圖3.2.2）所示：我們來理論分析一下為什么用裁成這樣的大小。因為要天線取得好的接收效果，信號源的水平高度應該為波長的1/5左右。波長為λ=c/f即300000000/2.437GHzλ=123mm,五分之一的λ為24.6mm所以信號源水平高度我們設定為24mm3.3罐頭盒大小設計此畢業(yè)設計作品是罐狀天線，像是一個胖墩墩的罐頭盒，罐狀天線屬于一種波導天線。這種罐頭盒天線的尺寸小巧,電導率高,可以適應各種無線電頻率信號，而且它的擺放位置也不是十分嚴格。這種天線的外形和尺寸都可以自己制定，信號的覆蓋范圍也非常廣，波導天線的尺寸要與所傳輸信號的頻率相匹配，因此波導天線需要特殊的尺寸。在當今的WIFI 無線網(wǎng)絡環(huán)境中,我們使用的都是2.4GHZ的波段。無線網(wǎng)絡的這個波段被劃分成14個頻道，從Channel01:2.412GHz起步，每個頻道遞增0.005GHz。一般WIFI無線網(wǎng)卡默認的是6頻道，也就是2.437GHz的頻率。我們要以6頻道為準繩,制造出一架全WIFI頻道的無線天線。對于這一波段內(nèi)的天線有著嚴格的尺寸要求。為了保證WIFI天線能夠更好的工作,我們需要盡可能的精確罐頭盒的尺寸。如下圖（圖3.3.1）所示： 圖3.3.1（罐頭盒尺寸）我們要知道信號源的形狀、大小、安放的位置都是極為重要的，我們一定要注意這些規(guī)格參數(shù)。對于WIFI無線信號源我們也不是隨意放置的。信號源與天線底部的那一小段距離被叫做偏移距離，一般來說這段距離應該是“封閉空間波長”的1/4。準確的數(shù)據(jù)是“封閉空間波長”的7/32。就是對于各種頻率信號來說,偏移的距離也各不一樣。比如無線網(wǎng)絡領域中1、6、11頻道中，楔型信號源的偏移距離也不盡相同。根據(jù)6頻道，2.437GHZ的無線信號為基準，在我們計算出，在這個長度為100mm內(nèi)徑的罐頭盒中,偏移距離為27mm。我們需要在距離罐頭盒底部27mm的地方鉆出一個孔洞用來放置信號源。如果你的罐頭盒內(nèi)徑不是100mm，那么你需要細心的計算出你自己的偏移距離。這個偏移的距離對最后網(wǎng)絡信號的接收效果尤為重要。直徑最好為100mm，誤差不要超出10%(90mm-110mm)，長度約在123mm左右,誤差也不要超出10%，信號源偏移距離為27mm(大約是波長的7/32)，計算波長的方法為:300/2.437=123mm，信號源偏移距離為27mm(大約是波長的7/32)，雖然就這簡簡單單的幾步，但這幾步是非常關鍵的，有了具體的數(shù)據(jù)要求，才能加工出所需的元件。3.4導波線路分析談起導波線路的制作，我們先來了解一下什么是導波。波導，不是咱們平時用的那個手機牌子而是一種射頻信號(RF射頻)的傳輸通路。一般的低頻信號可以使用銅線作為天線，例如你汽車上的無線電.而高頻的RF射頻信號有時就采用這種波導的方式傳送高能量，高頻率的信號。在軍事雷達領域通常就使用的是這種波導傳送的方式。波導是一種微波信號的傳輸方式,它類似于一個同軸電纜。但與同軸電纜不同,波導在傳遞微波頻率的時候幾乎沒有信號的損失。RF射頻信號的能量一般都大于60千兆赫茲，他們可以快速的穿越波導管道。波導信號的傳輸需要一些特殊構造的金屬來充當天線，他們的外形和尺寸都非常特別。真正的導波線路如下圖（圖3.4.1）：圖3.4.1（各種導波線路）波導信號的發(fā)散形狀非常有趣,它的樣子就像電磁RF射頻能量。這些具備二元性的電磁波的發(fā)散形狀非常穩(wěn)定,并且磁場波及范圍非常廣闊.在同軸線纜內(nèi),信號是沿著線纜中的導體向外進行擴散.而在波導中,一部分信號被天線所阻擋、反射,最后所有的信號都徑直朝向一個方向發(fā)散開來,其中的細節(jié)錯綜復雜。如下圖（圖3.4.2）：圖3.4.2（罐狀導波信號發(fā)散）通常波導天線都是矩形結構的,這些天線的制造和安裝也都非常昂貴。因為天線是金屬的，他們要求加工工藝非常精確,波導傳輸線的要求也非常嚴格。構建一個波導線是非常困難的，那需要專用的工業(yè)材料。為什么方便起見，而且我們僅僅需要較短距離的波導傳輸,波導線就可以使用一般的同軸電纜代替。而且民用WIFI的信號對于天線的要求就更為寬松,天線也就可以制作的簡單一些。我們分析的50歐母饋線或75歐姆同軸纜線(同軸纜線距離不能長,一般300mm長度內(nèi)效果還可以)50歐姆饋線為最佳。所以，我們選用50歐姆饋線。饋線兩端的接口為，SMA公母頭，此線我們用400mm長左右，SMA公母頭可以請專業(yè)人士幫我們制作。制作出來如右圖（圖3.4.3）：圖3.4.3（制作完成的饋線）

第4章制作與調(diào)試4.1整體實物制作先來看看幾張完成的圖片（圖4.1.1，圖4.1.2，圖4.1.3）。圖4.1.1（實物整體）圖4.1.2（實物饋線頭）圖4.1.3（實物天線）我們從一開始就說過，要使這個畢業(yè)設計制品制作簡單，制作工具容易尋找。我們先從罐子入手，具上面理論分析得到罐子合適的尺寸，我們就照這樣的尺寸以去超市尋找合適的罐頭盒，一般很多大桶裝的咖啡和牛奶罐頭都是不錯的選擇。罐頭盒周身最好是光滑的圓柱，不要有凹凸不平的波浪紋。如果找不到，可找底面積相同，高度超過理論值的罐頭，我們可以剪裁成適合高度的罐子。不過，為了方便起見，盡量使用無需剪裁，尺寸合適的罐頭。我這里用的是“金裝愛兒樂”，凈含量為400g的那種，尺寸完全符合。如下圖（圖4.1.4）所示：圖4.1.4（大小合適的罐頭盒）一旦確定了偏移距離,后面的工作就比較簡單了。我們可以先用筆和尺子在罐頭盒上標出鉆孔的位置.需要注意的是，在測量距離的時候,不要理會罐頭盒底部凸出部分的距離,而是要以內(nèi)壁的底部為準。如下圖（圖4.1.5）所示：圖4.1.5（測量罐頭鉆孔距離）在鉆孔的時候你要注意,鉆孔的直徑要略大于50歐姆饋線節(jié)點SMA公頭的直徑。這樣以后只要稍微用力,就能將SMA公頭壓入罐中，并且可以旋緊，不需要使用絕緣膠布，非常方便。這里我使用了6mm的SMA公頭，在罐子上的打的是略大于6mm的小洞。打洞時要注意安全，并且，要豎直與罐底面平行。不要打歪，這點要非常小心。也不要打的太大了，如果太大了，就無法旋緊SMA公頭了。如果洞太大了，可以用絕緣膠布粘在SMA公頭的螺紋上，在旋緊，或者用螺母從罐內(nèi)與SMA公頭鉚合，旋緊。如下左圖（圖4.1.6）所示：圖4.1.6 （SMA頭與罐頭） 圖4.1.7（罐頭打孔）本人是去我校的工程訓練中心區(qū)打的孔，打孔要注意的是，打孔是力氣不要太大，以免讓罐體變形，影響天線接收信號效果（圖4.1.7）。盡量保持罐頭盒邊沿的平滑，打完洞后，罐子的制作基本完成了。最好，保持罐體內(nèi)外清潔，尤其是罐里的粉末，我們要將罐頭盒內(nèi)部都清理干凈。接下來，我們來制作天線中最重要的一部分，天線的信號源。雖然這個部分只有10mm*30mm大小，但它對整個天線系統(tǒng)的影響是非常重要的。剪裁成大小如下圖（圖4.1.8）所示。圖4.1.8（契型天線尺寸）這個信號源可以用金屬片來制作，最好使用銅片。因為銅片可以和SMA公頭較好的焊接，其他金屬片則不太好焊接牢固。銅片可以去附近的廢品收購站去尋找，要清洗感覺，保持銅片清潔，如果銅片表面不夠平整的話,可以使用錘子在其表面反復擊打整平。記住，這個小銅片對天線系統(tǒng)影響很大，剪裁、安裝稍有偏差也會將對后期完成。制作的天線系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的性能影響。所以，大家務必要對信號源的制作抱以認真的態(tài)度。剪裁成合適大小的形狀后，接下來，我們來制作導波線，因為做真正的導波線是非常復雜的，也需要專門的工具和材料，這里我們用50歐姆饋線替代。主要制作的是線兩端的SMA公母頭。先剝5mm左右黑外皮，再剝3mm左右芯線，把小針焊好，然后比著那SMA頭外套，剝掉黑色外皮，然后用大頭針之類的東西把銅編網(wǎng)挑開。效果如下圖（圖4.1.9）所示：圖4.1.9（剝出的主芯）在插入SMA頭，看看是否合適，如果不合適，照上面步驟在做一次。如下圖（圖4.1.10）所示：圖4.1.10（SMA頭嵌入主芯）把另一頭的黑皮剝掉10mm左右，用老虎鉗把屏蔽銅網(wǎng)和主芯銅線緊緊夾住，然后向另一段捋出黑色外皮，長度大概和SMA外套上壓紋部分的長度一樣，不能讓屏蔽銅網(wǎng)和黑色外皮一起動，這是這種方法的關鍵。具體操作圖片為（圖4.1.11，圖4.1.12，圖4.1.13）：圖4.1.11（捋芯） 圖4.1.12（夾芯） 圖4.1.13（嵌入）這時候看另一段，那個黑皮基本和主芯大小一樣長了，用力把SMA外套插到芯線和剝開的銅線之間，一直到外套上的壓紋都被黑皮裹住為止，用刀子仔細把多余的銅線割掉。最終做成的頭子如下圖（圖4.1.14）所示：圖4.1.14（一頭制作完成的饋線）另一個頭用相同的方法做出來，注意小手，不好受傷。也可以去網(wǎng)上直接訂做此頭，畢竟我們是第一次做頭，比不上他們做的老練。而且網(wǎng)上訂做省去你不少麻煩。我就是去網(wǎng)上定做，非常方便。3、大部分我們已經(jīng)基本搞好，現(xiàn)在這是最后一步,讓我們把所有的配件都組裝在一起吧。首先,使用電烙鐵,將楔型體放射源焊接在SMA公頭上，注意，焊錫要均勻平整,不能因中間連接了焊錫而改變楔型體的長度。如果你是用金屬片可能就不太好焊接，可以用力插入，在用紙巾塞緊，我就這樣的做的，再在上面鍍上焊錫。如右圖（圖4.1.15）所示：圖4.1.15（契型天線片）接下來我們還把這個插入罐子內(nèi)，注意，不要碰壞，碰歪天線。楔型體放射源的表面要與罐頭盒底部相平行，否則你的信號強度也會大打折扣完成后。全部弄完后，一個簡單，但性能優(yōu)越的天線完成。在整個制作中一定要力求精細，每個規(guī)格參數(shù)都要力求精準，這樣天線才能發(fā)揮出最大功效。4.2WIFI天線調(diào)試天線做好了，為了使天線發(fā)揮出最佳功效，我們還需要稍微調(diào)試下天線。調(diào)試的步驟也很簡單：1、保證，饋線和罐子接口是緊密的，不能有松動。2、保證，信楔型體放射源的表面要與罐頭盒底部相平行，不太容易偏離位置，這要第一步保證后，才能實現(xiàn)。3、保證，信楔型體放射源在罐子內(nèi)的高度要符合標準，不能太高或太低。4、保證，罐子的開口方向盡量朝著信號來源方向，罐狀天線是導波天線，這樣會使這種天線更好的接收信號。

第5章性能測試與對比5.1系統(tǒng)自帶天線與WIFI天線性能對比制作完成后，現(xiàn)在我們來測試一下這個自制的WIFI天線性能如何，觀察天線接收信號數(shù)量和強度。在這里我們分別測試用自制的天線，系統(tǒng)自帶的天線與不帶天線的無線網(wǎng)卡工作情況，看看無線網(wǎng)卡收到的信號情況。這里的環(huán)境是學校的網(wǎng)絡中心辦公室中，因為這里的無線網(wǎng)絡較多，比較容易出效果，以下是三種情況的比較圖，我們先來粗略的比較一下（圖5.1.1，圖5.1.2，圖5.1.3，圖5.1.4，圖5.1.5，圖5.1.6）：圖5.1.1 （無天線網(wǎng)卡） 圖5.1.2（信號圖）不帶天線的無線網(wǎng)卡 收到了一個信號圖5.1.3 （系統(tǒng)天線網(wǎng)卡） 圖5.1.4（信號圖）用了系統(tǒng)自帶的天線 收到了3個信號圖5.1.5（罐頭天線網(wǎng)卡） 圖5.1.6（信號圖）用了自制的WIFI天線 收到了較多的無線信號我們粗略的比較了一下，很明顯的看出用我們制作的天線的接收到無線信號數(shù)量個數(shù)大于系統(tǒng)自帶天線的數(shù)量個數(shù)，而且，我們認真的比較了一下。在此，我們注意ChinaNet這個信號強度。不帶天線的網(wǎng)卡接收到的信號強度為2格，用系統(tǒng)自帶天線接收到的信號強度為4格，而用我們自制的天線接收到的信號強度為滿格！由此可以看出自制的天線性能遠大于系統(tǒng)自帶的天線。接下我們用專業(yè)的軟件來測試下，自制的WIFI天線的接收信號強度比系統(tǒng)自帶的天線到底強多少，這里是用WirelessMon這款軟件?，F(xiàn)在插上系統(tǒng)自帶的天線，用WirelessMon測試一下接收FAST網(wǎng)絡的信號強度（圖5.1.7）：圖5.1.7（WirelessMon測試信號接收數(shù)量）為了更好的研究，我們放大仔細觀察（圖4.2.8）：圖5.1.8（系統(tǒng)自帶天線的FAST信號強度）觀察（圖5.1.8）可得，信號強度約為30（100為滿）。 圖5.1.9（WirelessMon測試信號接收數(shù)量）換上自制的WIFI天線來繼續(xù)觀察一下這個信號強度。由于，此WIFI天線是導波天線，對方向性有比較敏感的要求，我們連上后，轉動這個天線，使其最好的接收到所需的信號來源方向，更好的讓天線發(fā)揮出功效。如上圖（