无线传感器网络节点天线研究与实现

作     者：邱金燕 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毛善国

授予年度：2008年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 0802[工学-机械工程] 

主      题：无线传感器网络节点 单极天线 印制折合偶极天线 巴伦 阻抗匹配 天线性能 

摘      要：无线传感器网络是一种全新模式的无线网络,它通过大量传感器节点实时监测和采集网络分布区域内各种监测目标的信息,对这些信息进行处理,它被认为是21世纪的一项重要技术。传感器节点是组建无线传感器网络的基本单元,这些基本单元不断地进行着网络中各种信息的传递或通信。要实现和完善传感器节点的通信功能,就必须为传感器节点设计好的天线及其相关电路。天线用来辐射和接收电磁波信号,这是无线传感器网络的基本通信链路。在无线通信处理模块与天线之间设计馈线、巴伦和匹配电路来对天线馈电并实现平衡-不平衡转换和阻抗匹配。 本文的主要工作和创新点包括: (1)阐述了传感器节点的组成结构,分析了传感器节点的特点以及这些特点对天线及其相关电路的影响,介绍和分析了传感器节点天线的研究现状; (2)阐述了评价天线性能的基本参量,分析和比较了几种类型的天线、馈线、巴伦和阻抗匹配电路,针对传感器节点的特点,选择了单极天线和折合偶极天线两种合适的天线进行设计; (3)在单极天线设计中,改进了一种基本的巴伦电路,对改进的巴伦电路进行仿真验证,对天线的辐射性能进行了大量的实验,天线和巴伦电路的性能得到了验证; (4)仿真并总结出标准印制折合偶极天线的输入阻抗与天线长度的关系,选择共面带状线(CPS)为天线馈电,根据共面带状线的特点,对标准的天线作了改进,并改进了一种基本的阻抗匹配电路,对改进的天线、馈线和阻抗匹配电路进行了仿真和验证; (5)对所选择的两种天线及其相关电路进行综合比较,总结出其优缺点。本文所做的上述工作,即对无线传感器网络节点天线及其相关电路的分析、设计和实现,其成果对于传感器节点的研发以及无线传感器网络的组建具有重要意义。