【文章內(nèi)容簡介】 。11. 電壓駐波比 定義式：VSWR=（1+|r|）/(1|r|),其中r為發(fā)射系數(shù)。其值為表示天線端口的系統(tǒng)匹配能力。12. 回波損耗入射功率與反射功率之比。在詳細(xì)介紹天線各個參數(shù)后，通過HFSS仿真可以通過觀察得到各種圖形并分析天線性能。這關(guān)系到天線的結(jié)構(gòu)大小，饋電點的設(shè)置等細(xì)節(jié)問題，是記為重要的。第三章 微帶天線基本知識微帶天線首先是有德尚于1953年提出的概念，其結(jié)構(gòu)是由導(dǎo)體薄片粘貼在背面有接地板導(dǎo)體的介質(zhì)基片形成的。由于微波技術(shù)的限制并未引起重視。二十世紀(jì)七十年代初，微波方向在集成技術(shù)中的快速發(fā)展以及在空間中對低剖面的熱切要求忙森等人研制出第一代具有使用價值的微帶天線。之后在國際上對微帶天線的重視程度日漸升溫。如今，微帶天線的研究早已在天線研究領(lǐng)域占有其重要的地位，其發(fā)展速度不容小覷，新型微帶天線不斷涌出。帶來的研究價值和實用價值已讓它成為當(dāng)下的熱門話題，下文將從它的基本性能和研究發(fā)展對其闡述。微帶天線的主要有點：1） 剖面薄，形狀小，質(zhì)量輕。2） 其結(jié)構(gòu)與形狀易于與載體共形。3） 便于印刷電路技術(shù)批量生產(chǎn)。4） 可以和有源器件或電路集成一體。5） 易實現(xiàn)圓極化波，使雙頻段雙極化得以實現(xiàn)。6） 適合疊加系統(tǒng)式設(shè)計，便于制成印刷式電路，反饋線路和匹配電路網(wǎng)絡(luò)。微帶天線的主要缺點：1） 頻帶窄。2） 在介質(zhì)和導(dǎo)體中有損耗，若介電常數(shù)過大還會形成表面波使其輻射效率降低。3） 功率不會太大，通常適用于中小功率場合。由一厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及波長的介質(zhì)基片與一片和它緊貼的金屬片所組成的天線是微帶天線的最為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)。介質(zhì)基片兩側(cè)皆貼有金屬片而其中滿覆蓋一面稱作接地板而另一端的金屬片大小達(dá)到波長尺寸級別稱作輻射元。輻射元的形狀眾多，通常為圓形，方形，矩形和橢圓形等等。由于基片厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長，當(dāng)波從基片一端入射從另一端射出時，垂直方向相反，水平方向相同。因此產(chǎn)生片邊緣輻射同相的效果，這也是微帶天線的工作方式。 天線的帶寬通常指的是一個寬范圍，往往包括其重要天線性能參數(shù)像主副瓣寬度，極化性能，輸入阻抗，方向圖與最大增益分布，它們在滿足要求時共同滿足的頻率帶范圍。通常狀況下，頻率可以大大影響天線的各項參數(shù)，因此各天線性能參數(shù)的頻率性能直接決定著天線的帶寬。在眾多性能參數(shù)指標(biāo)中應(yīng)選取其中最為嚴(yán)苛的參數(shù)作為天線帶寬的確定憑據(jù)。微帶天線有側(cè)面饋電和底饋兩種。側(cè)饋指的是饋電單元網(wǎng)絡(luò)和輻射單元處于同一層面上；底饋指的是降接地板與通州饋電線相接，饋電線內(nèi)導(dǎo)體透過接地板以及介質(zhì)基片和輻射單元連接。通過傳輸線模分析方式可以簡化對微帶天線的輻射機(jī)理的認(rèn)知。若使輻射單元，介質(zhì)基板以及接地基板看成一微帶傳輸線，傳輸線的端點進(jìn)行開路處理?；暮穸冗h(yuǎn)遠(yuǎn)不及波長，所以可以將基片內(nèi)的場等效為其內(nèi)的均勻分布場。場在寬度矢量上的分量并無變化，僅僅是在長度矢量上有改變。在等效的微帶傳輸線兩側(cè)的電場分布可以分為一個組互相垂直的豎直分量與橫向分量，豎直分量相互反相而橫向分量同相，所以在豎直方向分量互相抵消而在橫向為兩分量電場進(jìn)行同相疊加。這就將微帶天線等價為雙縫隙輻射而成的二元陣列。但微帶天線也有許多明顯缺點，如微帶天線波瓣較寬，方向系數(shù)較低，同時還有頻帶窄，損耗大，交叉極化大，單個微帶天線的功率容量小等。但由于其為單元是的一致性非常好，在集成電路中能夠較好應(yīng)用，所以常將微帶天線制成天線陣的形式來增加方向性，因此其使用非常廣泛。 雙頻工作在微帶天線設(shè)計中顯出尤為重要的角色，具槽孔負(fù)載之矩形金屬片（Slotted Rectangular Patches），包括使用多層金屬片（Multiplayer Stacked Patches），具短路負(fù)載的金屬片（Patches Loaded With Shorting Posts），傾斜槽孔耦合饋入的矩形金屬片（Rectangular Patches Fed By An Inclined Slot）具矩形缺口的正方形金屬片（Square Patches With Rectangular Notches）等。其中，欲得到雙頻段工作的最為直接簡單的方式是貼片的長寬分別各自對應(yīng)一個頻率進(jìn)行諧振，使饋電點處于該貼片的一角，從而將一個貼片同時在兩個頻率上工作。` 與傳統(tǒng)的天線的分析模式不同，微帶天線的分析法大致分為傳輸線模型法和空腔模型法兩種。對于矩形微帶貼片天線，采用一維空間的傳輸線模型法即可，其優(yōu)點是便于分析結(jié)構(gòu)簡單。當(dāng)基板厚度較小時，采用二維空間的空腔模型法是最適用的方法。該方法將矩形微帶線的端口等效為兩端開路的傳輸線，由于基片很薄，線內(nèi)傳播電磁波可以等效為準(zhǔn)TEM波，場在傳輸方向上呈駐波，在帶寬方向為常數(shù)。此時的兩個開路口就與兩個輻射縫隙等價。上方空間進(jìn)行輻射值計算可以看作為自由空間。所以傳輸線發(fā)最為簡單和直觀。 該方法將貼片與接地板之間的空腔看作是上下為電壁四周為磁壁的有損耗諧振腔，腔內(nèi)只傳播TM模式的波。天線的輻射可看作四周磁流產(chǎn)生，其損耗主要為邊緣泄漏的輻射損耗。 分析的主要依據(jù)是在規(guī)定腔內(nèi)找到一個主模從而計算出各類如品質(zhì)因數(shù)等性能參數(shù)。所以除了以上兩種分析模型意外還有如多端口網(wǎng)絡(luò)模型等多種分析模型。 該種微帶天線區(qū)別為饋電方式的不同。，用微帶線饋電的方式對其進(jìn)行饋電。 選取適合的介質(zhì)基板是設(shè)計微帶天線的第一任務(wù)，若介質(zhì)基板的介電數(shù)是，在其工作頻點的矩形微帶線，可利用公式推導(dǎo)出較高效率貼片的貼片寬度，即 （）由其本身性質(zhì)而產(chǎn)生的邊緣縮短效應(yīng)原理，則可以計算出其單元長度實際應(yīng)為： （）上式里，表示有效介電數(shù)，表示等價輻射長度。它們可以分別用下式計算： （） （）通過上式得以算出天線貼片的長寬，有效的介電數(shù)以及等效縫隙的寬度。側(cè)饋時，在設(shè)計中微帶饋電點的位置選在輻射貼片的中點。而同軸饋電時，要根據(jù)下式： （） （）計算出匹配點的近似位置。側(cè)饋阻抗匹配時往往因為微帶天線的邊緣阻抗不符合微波器件通用的50系統(tǒng)，因此在對天線饋電時的設(shè)計時為了使其符合阻抗要附加一段四分之一波長長度的阻抗轉(zhuǎn)換器。微帶的邊緣阻抗值用表示，微帶線特性阻抗值用來表示，波長長度的阻抗轉(zhuǎn)化器的特征阻抗值用表示。阻抗匹配的條件為： （）對于對應(yīng)的介質(zhì)基片厚度可以計算出特性阻抗為50時對應(yīng)的微帶線寬度并可以得出微帶線在設(shè)定的頻率下波長對應(yīng)長度即可設(shè)計出微帶線的大小尺寸。HFSS是高頻結(jié)構(gòu)仿真器（High Frequency Structure Simulator）的縮寫，是一款全波電磁場段任意3D無源器件的高性能模擬仿真軟件。它將可簡易操作化，可視化，立體建模功能，仿真，自動控制等功能結(jié)合在一起，可以使各類天線問題得到快速而準(zhǔn)確的求解。HFSS用來操作無源器件。用HFSS構(gòu)造一個設(shè)計流程包含如下幾方面：1. 參數(shù)模型（Parametric Model Generation）:構(gòu)建天線圖形，邊界條件及激勵方式2. 分析（Analysis Setup）:設(shè)定求解器和頻率掃描3. 結(jié)果（Results）:構(gòu)造2D報告和掃描場4. 求解流程（Solve Loop）:求解是在軟件中自動進(jìn)行的第四章 圓極化微帶天線根據(jù)理論分析與查閱，我們可以得到圓極化波具有下列性質(zhì)：（1） 順著傳播的方向觀察，電磁波的電場矢量端留下的軌跡形成一圓形。所以它為一個電磁幅度相等的時變旋轉(zhuǎn)矢量場。當(dāng)時變電場矢量端沿著傳播方向看去要以左手握手式旋轉(zhuǎn)即為左旋圓極化波反之為右旋圓極化波。（2） 兩組空間與時間均為正交的幅值相等的線性極化波可以組成一個圓極化波。因此，想要是圓極化天線實現(xiàn)的基礎(chǔ)理論為：同時輻射出兩組在空間中正交等幅的線性極化場分量，并使兩者相位偏差為。（3） 通過不同的組合方式可以將兩個反相圓極化波合成任一極化波。線極化波可以作為一個特例，其可以表示為一對反相旋向等幅圓極化波。所以，所有的來波皆可用圓極化天線進(jìn)行接收；相反，圓極化來波亦可用所有的極化方式的天線進(jìn)行接收。電子偵查方面和追蹤以及干擾等領(lǐng)域由此通常采取圓極化波。（4） 對于