【正文】 式進(jìn)行闡述。在對HFSS軟件進(jìn)行介紹之后會(huì)展示圓極化微帶天線的原理和分析它的不足，并以圖片的形式呈現(xiàn)各類新型的圓極化微帶天線和對其未來發(fā)展的預(yù)測。第二章 理論及技術(shù)電基本振子的基本特性分析是對更復(fù)雜天線進(jìn)行分析的基礎(chǔ)。電基本振子又叫電流元，一個(gè)時(shí)變電流元產(chǎn)生的電磁波輻射從輻射元出發(fā)向空間傳播同時(shí)將功率也攜帶出去是天線的基本原理，天線則是起到了電荷振蕩的作用。電流元的本質(zhì)是一段理想的高頻電流直導(dǎo)線，其長度和其導(dǎo)線直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長。將電基本振子放置在坐標(biāo)原點(diǎn)，在自由空間產(chǎn)生的場為 （） （） （） （）K為空氣中電磁波的波數(shù)，進(jìn)區(qū)場場為 （） （） （） （）可以看到，近區(qū)場是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)場，并無向外輻射的能量。距離電流元越遠(yuǎn)時(shí)，場的衰減越迅速。所以近區(qū)場通常不做討論。遠(yuǎn)區(qū)場場為： （） （） （）將相關(guān)關(guān)系式帶入可得通過上式可看出遠(yuǎn)區(qū)場為輻射場，傳播TEM波，向外輻射球面波形式的能量，具有方向性。 磁基本振子即磁流元或磁偶極子，其本質(zhì)為載有高頻電流小圓環(huán)，環(huán)的半徑和周長都遠(yuǎn)小于波長，可認(rèn)為電流均勻分布。 忽略時(shí)間因子，由理論式及計(jì)算可將磁流表示為： （） S表示磁流環(huán)的面積大小，表示磁介質(zhì)的介電常數(shù)，再由電磁場理論中由麥克斯韋方程導(dǎo)出的對偶關(guān)系： （） 與點(diǎn)基本振子遠(yuǎn)區(qū)場比較，可得：電磁基本振子在空間中正交可以產(chǎn)生從傳播方向看去為橢圓或者圓形極化的天線。 在正式介紹微帶天線之前，本文要先對天線進(jìn)行簡介并闡述其原理。無線通信中，天線有著至關(guān)重要的作用。其作用簡單來講就是將導(dǎo)線中波導(dǎo)轉(zhuǎn)化成電磁波輻射到自由空間或接收空間中的電磁波轉(zhuǎn)化成波導(dǎo)進(jìn)入饋線傳播。 圖21天線發(fā)射與接收示意圖 The emitting and receiving antenna 所有的饋線皆可以發(fā)射與接收天線的部分存在與電路中。當(dāng)電子設(shè)備達(dá)到高頻段后，任意一段導(dǎo)線都可以激發(fā)出電磁波對外輻射，而當(dāng)接收機(jī)足夠靈敏時(shí)，導(dǎo)線則有對空中電磁波進(jìn)行反應(yīng)的能力。因此要求采取屏蔽措施來避免天線受到外界的輻射干擾。天線的尺寸，形狀的差異對其性質(zhì)的影響很大。在同一頻段的電信號(hào)進(jìn)行收發(fā)時(shí)，其工作效率不盡相同，當(dāng)采用合適的天線對其進(jìn)行工作時(shí)則可以去的最符合要求的通訊效果。 電磁波是通過饋線傳導(dǎo)的交變電流而激發(fā)出的輻射，其能力與天線的形狀尺寸有關(guān)?？梢酝ㄟ^半波振子的輻射來闡述天線的工作原理： 若饋線中正負(fù)電流電荷的震蕩頻率為f，其周期用T表示。在到達(dá)天線時(shí)，電流會(huì)醉著天線的上下部分分開而產(chǎn)生上正下負(fù)的電荷分布，進(jìn)而產(chǎn)生電壓，于是產(chǎn)生電場。電場的電力線是從正電荷為中心向外輻射通過空中到達(dá)負(fù)電荷?？芍跁r(shí)是電流達(dá)到最大的時(shí)刻，而電力線仍舊存在。在正負(fù)電荷互相向其相反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，則產(chǎn)生正負(fù)極的對調(diào)從而使電場方向倒換而將電力線成為一個(gè)回路而閉合。之后在時(shí)間的推移中電力線可以擺脫天線釋放到外界空間中。這一過程不間斷產(chǎn)生，對橫向的電場分量為其半徑矢量輻射并向遠(yuǎn)方傳播。 天線大致可以兩類，一為口徑天線一為線天線。移動(dòng)通信的天線大多是對稱振子為基礎(chǔ)演化來的各式線天線，衛(wèi)星地面站大多用口徑天線即拋物面天線。天線種類眾多，其分類依據(jù)如下：1） 以其用途為分類依據(jù)可分為電視天線，廣播天線，導(dǎo)航天線，通信與雷達(dá)天線。2） 工作頻段也可以作為其分類依據(jù)分為微波天線，短波及超短波天線，長波天線，中波天線。3） 按輻射元種類分為線天線與面天線。4） 在饋電分類上有對稱與非對稱天線。5） 以電流類型可分為行波與駐波天線。6） 按形狀可分為喇叭天線，反射面天線，螺旋天線，V形，菱形，環(huán)形天線。7） 按其方向性及其強(qiáng)弱分類可分為定向天線，全向天線，強(qiáng)，弱方向性天線。 此外，現(xiàn)在已發(fā)明出更加新型性能更加完善多變的天線如智能天線，自適應(yīng)天線，微帶天線，有源天線等。但天線通常還是細(xì)化為兩大類別，線天線與面天線。線天線的基本構(gòu)成是金屬饋線，如行波天線，偶極子天線等。面天線通常由一個(gè)平面或由曲面口徑構(gòu)成，包括微帶天線，反射面天線，縫隙天線。本文重點(diǎn)將要介紹微帶天線的一種。 天線部分與發(fā)射或接收網(wǎng)絡(luò)部分的連接形成一個(gè)整體系統(tǒng)稱之為饋線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。饋線可細(xì)分為雙導(dǎo)線和同軸線傳輸線，波導(dǎo)與微帶線等。饋線系統(tǒng)和天線系統(tǒng)通常可以組成一個(gè)整體，關(guān)系十分密切，所以往往可將天線與饋線系統(tǒng)看作一整體，總稱為天線饋線系統(tǒng)，簡記為天饋系統(tǒng)。介紹完天線的分類，線面介紹天線的基本參數(shù)，參數(shù)的詳細(xì)應(yīng)用會(huì)在后文具體體現(xiàn)。通過垂直的平面和水平的平面分別對空間中的輻射進(jìn)行剖析來表示在不同方向上的電磁波功率大小及其方向性，叫做天線輻射的方向圖。天線的輻射是具有方向性的，其發(fā)射的能量是以電磁波形式傳播所以其電磁波能量也是有方向性的，接收天線有其接收來自不同方向電磁波的能力。方向圖可以以圖片的形式形象表示出天線在空間中各個(gè)方向發(fā)射與接收電磁波的能力。以定向的天線為例，可以從方向圖中提取出天線從主瓣方向接收信號(hào)是最為有效的信息。對于方向性很強(qiáng)的天線，最強(qiáng)的輻射區(qū)叫做波束的主瓣。方向圖中主瓣旁邊仍有許多波瓣，依次稱為第一副瓣，第二副瓣等等。與主瓣相反相的稱之為后瓣，通常要求其愈小愈好。旁瓣區(qū)同樣也是無需輻射的區(qū)域，其電平應(yīng)在允許范圍內(nèi)盡量降低，主瓣寬度越小，代表天線方向性越好。2. 方向系數(shù)定義式： （）在以與天線同一長度為距離面上，為最大輻射方向上的功率密度，為在該距離面上的電場強(qiáng)度，同一功率的非方向性天線功率密度為該距離面上的電場強(qiáng)度。3. 天線效率定義：天線輻射與輸入功率之比。定義式： （）：天線的輻射功率。：天線的輸入功率。：輻射電阻。：損壞電阻。：輸入電阻。4. 增益系數(shù)當(dāng)具有一樣的輸入功率時(shí)，天線在其極大輻射矢量上一處輻射的功率強(qiáng)度與全方向性天線理論上在該處輻射功率強(qiáng)度之比?？梢员磉_(dá)為方向系數(shù)與天線在其理論值上的效率的乘積。方向圖中對比觀察可得出主瓣愈窄，其余瓣愈小，增益愈大。5. 天線的極化 電場矢量在空間的取向，即天線最大輻射方向的電場空間取向。6. 頻帶寬度實(shí)際天線工作在一個(gè)頻率范圍之內(nèi)，而不是一個(gè)頻點(diǎn)，這個(gè)頻段叫做天線的頻帶寬度。這也是微帶天線最應(yīng)改進(jìn)的領(lǐng)域之一。7. 輸入阻抗 通過測定可以得到的輸入端電壓值與輸入端電流值，兩者之比表示為天線的輸入阻抗。輸入阻抗往往有兩部分包括電阻與電抗分量。電抗會(huì)降低天線對電信號(hào)的占用。實(shí)際中應(yīng)盡量降低其電抗分量至其值可忽略。輸入阻抗和天線的諸多性質(zhì)參數(shù)往往有關(guān)。8. 有效長度 有效長度是一個(gè)假設(shè)天線長度，在假定天線中電流的分布平均，幅值為天線的波腹電流大小，并確保極大輻射方向功率和實(shí)際天線極大輻射方向場強(qiáng)一樣。將極大天線輻射方向的場強(qiáng)和其電流大小二者聯(lián)系在一起的媒介是天線的有效長度。9. 副瓣電平 定義為10*lg（副瓣極大功率值與主瓣極大值功率值之商），單位dB10. 天線噪聲溫度 被天線吸收的噪聲宇宙噪聲以及熱噪聲占主要成分。天線口徑，頻段，仰角與環(huán)境都可以稱為影響天線噪聲的變量