【正文】 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題 目 ： 微帶縫隙天線的仿真分析 學(xué) 院 ： 自動(dòng)化工程學(xué)院 專 業(yè) ： 通信工程 姓 名 ： 指導(dǎo)教師 ： 20xx 年 6 月 10 日 摘 要 微帶縫 隙天線具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、體積小、寬頻帶等特性，在微波毫米波系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。論文利用 Ansoft HFSS 對(duì)一開在 50 80 mm2 地面上的縫隙天線進(jìn)行了建模和仿真，縫隙的尺寸約為四分之一波長，開路在地面的邊緣，由微帶傳輸線饋電。文中計(jì)算了天線的回波損耗和方向圖，與文獻(xiàn)結(jié)果比較吻合，證明了仿真方法的正確性，可為 微帶縫隙天線的設(shè)計(jì)工作提供一定的參考。 關(guān)鍵詞 微帶縫隙天線 回波損耗 方向圖 Abstract Slot antenna has a simple structure, easy to process, small size, broadband and other characteristics, widely used in microwave, millimeter wave systems. In this paper, Ansoft HFSS is used to analyze the slot antenna on a 50 80 mm2 open ground .The size of the slot is about quarterwavelength, cut in the finite ground plane edge, fed by a microstrip transmission line. The paper calculated the return loss and antenna radation pattern. Good agreement with the literature results proved the correctness of the simulation method can provide some reference for the design of the microstrip slot antenna. Keywords microstrip slot antenna S11 radiation pattern 目 錄 前 言 1 第 1 章 緒 論 2 研究背景及意義 2 天線特性的主要參數(shù) 3 微帶縫隙天線的應(yīng)用 6 Ansoft HFSS 軟件簡介 7 論文的內(nèi)容 及安排 8 第 2 章 縫隙天線的理論分析 9 理想縫隙天線 9 有限大理想導(dǎo)體面縫隙天線 9 圓柱體表面上縫隙天線陣 11 微帶縫隙天線 13 微帶縫隙天線的結(jié)構(gòu) 13 微帶模型 13 微帶天線的輻射機(jī)理 14 寬帶縫隙天線 16 第 3 章 微帶縫隙天線的仿真 20 創(chuàng)建微帶縫隙天線模型 20 設(shè)置頻率 23 仿真結(jié)果 24 結(jié)束語 28 謝 辭 29 參考文獻(xiàn) 30 前 言 微帶天線是近 30 年來發(fā)展起來的一種新型天線，按結(jié)構(gòu)可以把它分為兩大類，一種是微帶貼片天線，另一種是微帶縫隙天線。按形狀分類，可分為矩形、圓形、環(huán)形微帶天線等。按工作原理分類，無論那一種天線都可分成諧振型 (駐波型 )和非揩振型 (行波型 )微帶天線。前一類天線有特定的諧振尺寸，一般只能工作在諧振頻率附近；而后一類天線無諧振尺寸的限制，它的末端要加匹配負(fù)載以保證傳輸行波。 同常規(guī)的微波天線相比，微帶天線具有一些優(yōu)點(diǎn)。因而，在大約從 100MHz 到 50GHz 的寬頻帶上獲得了大量的應(yīng)用。與通常的微波天線相比，微帶天線的一些主要優(yōu)點(diǎn)是：重量輕、體積小、剖面薄的平面結(jié)構(gòu)，可以做成共形天線；制造成本低，易于大量生產(chǎn)；可以做得很薄，因此，不擾動(dòng)裝載的宇宙飛船的空氣動(dòng)力學(xué)性能；無需作大的變動(dòng)，天線就能很容易地裝在導(dǎo)彈、火箭和衛(wèi)星上；天線的散射截面較?。簧陨愿淖凁侂娢恢镁涂梢垣@得線極化和圓極化（左旋和右旋）；比較容易制成雙頻率工作的天線；不需要背腔；微帶天線適合于組合式設(shè)計(jì)（固體器件，如振蕩器、放大器、可變衰減器、開關(guān)、調(diào)制器、混頻器、移相器等可以 直接加到天線基片上 ）；饋線和匹配網(wǎng)絡(luò)可以和天線結(jié)構(gòu)同時(shí)制作。鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，微帶天線越發(fā)得到專家和研究者的注意，它的應(yīng)用前景也越來越廣闊。 第 1 章 緒 論 研究背景及意義 天線是在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進(jìn)行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號(hào)的能量輻射也需要天線。一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的。 這就是天線的互易定理。 天線按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線和接收天線。 按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達(dá)天線等。 按工作波長可分為超長波天線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等。 按結(jié)構(gòu)形式和工作原理可分為線天線和面天線等。描述天線的特性參量有方向圖、方向性系數(shù)、增益、輸入阻抗、輻射效率、極化和頻 天線按維數(shù)來分可以分成兩種類型：一維天線和二維天線。一維天線由許多電線組成，這些電線或者像手機(jī)上用到的直線，或者是一些靈巧的形狀，就像出現(xiàn)電纜之前在電視機(jī)上使用的老兔子耳朵。單極和雙級(jí)天 線是兩種最基本的一維天線。 二維天線變化多樣，有片狀（一塊正方形金屬）、陣列狀（組織好的二維模式的一束片），還有喇叭狀，碟狀。 天線根據(jù)使用場合的不同可以分為： 手持臺(tái)天線、車載天線、基地天線三大類。手持臺(tái)天線就是個(gè)人使用手持對(duì)講機(jī)的天線，常見的有橡膠天線和拉桿天線兩大類。車載天線是指原設(shè)計(jì)安裝在車輛上通訊天線，最常見應(yīng)用最普遍的是吸盤天線。車載天線結(jié)構(gòu)上也有縮短型、四分之一波長、中部加感型、八分之五波長、雙二分之一波長等形式的天線?；嘏_(tái)天線在整個(gè)通訊系統(tǒng)中具有非常關(guān)鍵的作用，尤其是作為通訊樞紐的通信臺(tái) 站。常用的基地臺(tái)天線有玻璃鋼高增益天線、四環(huán)陣天線（八環(huán)陣天線）、定向天線。 微帶天線的概念早在 1953 年就由 G． A． DeSchamps 提出，在 20 世紀(jì) 50 年代和 60 年代只有一些零星的研究。直到 20 世紀(jì) 70 年代初期，當(dāng)微帶傳輸線的理論模型及對(duì)敷銅的介質(zhì)基片的光刻技術(shù)發(fā)展之后，第一批具有許多設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的實(shí)用的微帶天線才被制造出來。縫隙天線最早是在 1946 年 H． G． Booker 提出的，同微帶天線一樣最初沒有引起太多的注意?？p隙天線可以借助同軸電纜很方便地饋送能量，也可用波導(dǎo)饋電來實(shí)現(xiàn)朝向大平片單側(cè)的輻射，還可以在 波導(dǎo)壁上切割出 縫隙的陣列。縫隙開在導(dǎo)電平片上，稱為平板縫隙天線； 開在圓柱面上，稱為開縫圓柱天線。開縫圓柱導(dǎo)體面是開縫導(dǎo)體片至開縫圓柱導(dǎo)體面的進(jìn)化。波導(dǎo)縫陣天線由于其低損耗、高輻射效率和性能等一系列突出優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用；而平板縫隙天線卻因?yàn)閾p耗較大，功率容量低，效率不高，導(dǎo)致發(fā)展較為緩慢。到 1972年， Y． Yoshimura明確提出微帶饋電縫隙天線的概念。 學(xué)者在微帶縫隙天線的研究方面已經(jīng)取得一些成就，顯示其很多優(yōu)點(diǎn)。如饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射單元相對(duì)分離，從而把饋線對(duì)天線輻射方向圖的影響降到最小，對(duì)制造公差要求 比貼片天線低，可用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)在敷銅電路板上進(jìn)行生產(chǎn)， 在組陣時(shí)其單元間隔離可比貼片天線更大。特別是對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體所用天線，微帶縫隙天線可以說是理想的選擇， 因?yàn)樗梢耘c物體的表面做得平齊，沒有凸起部分，用于快速飛行器表面時(shí)不會(huì)帶來附加的空氣阻力， 既隱蔽又不影響物體的運(yùn)動(dòng)。 從微帶天線的概念提出以來，由于它剖面薄、重量輕、可與載體共形、易與有源器件集成等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于衛(wèi)星通信、導(dǎo)航等領(lǐng)域。但是，微帶天線頻帶較窄的突出缺點(diǎn)又限制了它的實(shí)際應(yīng)用。目前在高頻應(yīng)用上，采用更多的是微帶縫隙天線，它具有對(duì)加 工精度要求低，可用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)在敷銅電路板上進(jìn)行生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，尤其是微帶寬縫天線更是有效地拓寬了頻帶。目前縫隙天線 (包括波導(dǎo)縫隙天線 )已被廣泛地應(yīng)用于無線移動(dòng)通信天線以及衛(wèi)星直播電視天線。 天線特性的主要參數(shù) 天線的特性參數(shù)主要有方向函數(shù)或方向圖，極化特性，頻帶寬度，輸入阻抗等，為了方便對(duì)天線的方向圖進(jìn)行比較，就需要規(guī)定一些表示方向圖特性的參數(shù)。這些參數(shù)有：天線增益 G（或方向性 Gd）、波束寬度（或主瓣寬度）、旁瓣電平等。下面就簡單介紹一下天線特性參數(shù)。 指天線在最大輻射方向上電場矢量 的方向隨時(shí)間變化的規(guī)律。按天線所輻射的電場的極化形式，可將天線分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線。線極化又可分為水平極化和垂直極化；圓極化和橢圓極化都可分為左旋和右旋。 天線阻抗簡單地講就是在天線部分上的電壓和電流比率。由于在天線各點(diǎn)的電壓和電流的分配不盡相同，各點(diǎn)的阻抗也不相同，其中饋電點(diǎn)的阻抗最為重要，對(duì)半波長偶極子天線來說就是中央天線。為使無線電收發(fā)器具有最佳的功率傳送，這點(diǎn)的阻抗應(yīng)該和饋線電纜的阻抗相同。 天線的輸入阻抗等于傳輸線的特性阻抗，才能使天線獲得最大功率。 天 線的電參數(shù)都與頻率有關(guān)，當(dāng)工作頻率偏離設(shè)計(jì)頻率時(shí)，往往要引起天線參數(shù)的變化。當(dāng)工作頻率變化時(shí)，天線的有關(guān)電參數(shù)不應(yīng)超出規(guī)定的范圍，這一頻率范圍稱為頻帶寬度，簡稱為天線的帶寬。 如果所觀測點(diǎn)離開波源很遠(yuǎn)、很遠(yuǎn)，波源可近似為點(diǎn)源。