【文章內(nèi)容簡介】 n 當工作頻率固定時Zin(z)為純電抗，在00呈感性，短路線等效為一電感；在λ/4終端短路傳輸線上的阻抗分布(b)終端開路終端開路時終端電流入射波與反射波等幅反相；電壓入射波與反射波等幅同相。電壓反射系數(shù)Г=1。此時，電壓波腹點為短路時的波節(jié)點，波節(jié)點為短路時的波腹點。輸入阻抗： Z(Z)=jZ0cotβz微帶開路線饋電的傳輸線模型在參考文獻中提到，使用微帶開路線饋電可以起到擴展阻抗帶寬的作用。使用微帶線饋電的傳輸線模型如下：饋源的一端串聯(lián)長度為Ls的開路線，另一端通過長度為Li的傳輸線連接天線，可以看出兩部分傳輸線相互串聯(lián)。因此，饋端的輸入阻抗為： Zin=Zin1(Li)+Zin2(Ls)其中，Zin(Li)為輻射天線的輸入阻抗，Zin2(Ls)為開路線的輸入阻抗。天線的輸入阻抗可以表示為： Zin1(li)=Z01Rr+jZ01tanbliZ01+jRrtanbli其中，Z01為輻射貼片面的特性阻抗，Rr為天線的輻射電阻。開路線的輸入阻抗可以表示為： Zin2(Ls)=jZ02/tanβLs 其中，Z02為開路線的特性阻抗。開路線的輸入阻抗只存在虛部，為余弦函數(shù)，輸入阻抗在∞到+∞之間變化。因此，調(diào)節(jié)它的長度可以調(diào)節(jié)饋端輸入阻抗虛部的匹配。九、HFSS、CST Ansoft HFSS概述基于有限元方法（FEM）的分析微波工程問題的三維電磁仿真軟件，可以對任意的三維模型進行全波分析求解。HFSS提供了簡潔直觀的用戶設計界面、精確自適應的場解器、擁有空前電性能分析能力的功能強大后處理器，能計算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)和全波電磁場。HFSS軟件擁有強大的天線設計功能，它可以計算天線參量，如增益、方向性、遠場方向圖剖面、遠場3D圖和3dB帶寬；繪制極化特性，包括球形場分量、圓極化場分量、Ludwig第三定義場分量和軸比。使用HFSS，可以計算：基本電磁場數(shù)值解和開邊界問題，近遠場輻射問題；端口特征阻抗和傳輸常數(shù)；S參數(shù)和相應端口阻抗的歸一化S參數(shù)；結(jié)構(gòu)的本征?；蛑C振解；射頻和微波部件、天線和天線陣及天線罩；高速互連結(jié)構(gòu)；電真空器件。而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer構(gòu)成的Ansoft高頻解決方案，是目前唯一以物理原型為基礎的高頻設計解決方案，提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級的快速而精確的設計手段，覆蓋了高頻設計的所有環(huán)節(jié)。Ansoft HFSS的應用領域（天線方面）：貼片天線、喇叭天線、螺旋天線 ：圓形/矩形波導、喇叭、波導縫隙天線 ：偶極子天線、螺旋線天線：有限陣列天線陣、頻率選擇表面（FSS）（RCS）通過HFSS可以獲取的信息矩陣數(shù)據(jù)：S、Y、Z參數(shù)和VSWR（匹配）相關(guān)的場：2D/3D近場－遠場圖電場、磁場、電流（體/面電流）、功率、SAR輻射 某空間內(nèi)的場求解求解類型：Fullwave求解原理：3D有限元法（FEM）網(wǎng)格類型：等角的 網(wǎng)格單元：正四面體網(wǎng)格剖分形式：自適應網(wǎng)格(Adaptive Meshing)激勵：端口求解求解原理：2DFEM形式：自適應網(wǎng)格（邊界條件）HFSS軟件的求解原理總體來說，HFSS軟件將所要求解的微波問題等效為計算N端口網(wǎng)絡的S矩陣，具體步驟如下：將結(jié)構(gòu)劃分為有限元網(wǎng)格（自適應網(wǎng)格剖分）在每一個激勵端口處計算與端口具有相同截面的傳輸線所支持的模式假設每次激勵一個模式，計算結(jié)構(gòu)內(nèi)全部電磁場模式由得到的反射量和傳輸量計算廣義S矩陣圖1 求解流程圖自適應網(wǎng)格剖分是在誤差大的區(qū)域內(nèi)對網(wǎng)格多次迭代細化的求解過程，利用網(wǎng)格剖分結(jié)果來計算在求解頻率激勵下存在于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電磁場。初始網(wǎng)格是基于單頻波長進行的粗剖分，然后進行自適應分析，利用粗剖分對象計算的有限元解來估計在問題域中的哪些區(qū)域其精確解會有很大的誤差（收斂性判斷），再對這些區(qū)域的四面體網(wǎng)格進行細化（進一步迭代），并產(chǎn)生新的解，重新計算誤差，重復迭代過程（求解—誤差分析（收斂性判斷）—自適應細化網(wǎng)格）直到滿足收斂標準或達到最大迭代步數(shù)。如果正在進行掃頻，則對其他頻點求解問題不再進一步細化網(wǎng)格。圖2 自適應網(wǎng)格（總體與局部）有限元法（FEM）有限元的基本思想有限元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進行組合，且單元本身又可以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復雜的求解域。通常有限元法都遵循以下基本步驟: 物體的離散化:離散化是有限元法的基礎，這就是依據(jù)結(jié)構(gòu)的實際情況，選擇合適的單元形狀、類型、數(shù)目、大小以及排列方式，將擬分析的物體假想地分成有限個分區(qū)或分塊的集合體。假設這些單元在處于它們邊界上的若干個離散節(jié)點處相互連接，這些節(jié)點的位移將是該問題的基本未知參數(shù)。挑選形函數(shù)或插值函數(shù):選擇一組函數(shù)，通常是多項式，最簡單的情況是位移的線性函數(shù)。這些函數(shù)應當滿足一定條件，該條件就是平衡方程，它通常是通過變分原理得到的，可由每個“有限單元”的節(jié)點位移唯一地確定該單元中的位移狀態(tài)。確定單元的性質(zhì):確定單元性質(zhì)就是對單元的力學性質(zhì)進行描述。確定了單元位移后，可以很方便地利用幾何方程和物理方程求得單元的應變和應力。一般用單元的剛度矩陣來描述單元的性質(zhì)，確定單元節(jié)點力與位移的關(guān)系。組成物體的整體方程組:組成物體的整體方程組就是由已知的單元剛度矩陣和單元等效節(jié)點載荷列陣集成表示整個物體性質(zhì)的結(jié)構(gòu)剛度矩陣和結(jié)構(gòu)載荷列陣，從而建立起整個結(jié)構(gòu)己知量總節(jié)點載荷與整個物體未知量總節(jié)點位移的關(guān)系。解有限元方程和輔助計算:引入強制邊界條件，解方程得到節(jié)點位移。一般整體方程組往往數(shù)目龐大，可能是幾十個、幾百個，以至于成千上萬個。對于這些方程組需要一定的計算數(shù)學方法解出其未知量。然后，根據(jù)實際問題進行必要的輔助計算。完整的有限元的求解過程如下圖所示：有限元的數(shù)學方法從更廣泛的觀點看，有限元法的數(shù)學基礎是變分原理。根據(jù)變分原理發(fā)展而來的有限元法，在求解微分方程方面得到了廣泛的應用。變分原理是表達物理基礎定律的一種普遍形式，其表達可概括如下：給出一個依賴物理狀態(tài)v的變量J(v)，同時給出J(v)的容許函數(shù)集v，即一切可能的物理狀態(tài)，則真是的狀態(tài)是v中使J(v)達到極小值的函數(shù)。解釋如下：首先，有一組微分方程（對實際問題的控制方程），加上一組邊界條件（特定、限定），再根據(jù)最?。O小）能量原理求解實際問題。在結(jié)構(gòu)力學和應力分析中，變分原理用得最多。談到變分，不能不談到函數(shù)。函數(shù)的自變量是數(shù)，而泛函的自變量是函數(shù)，所以說泛函數(shù)就是函數(shù)的函數(shù)。at=比如，公式242。01+_y2gy39。2dxt又是y的函數(shù)，中，y=y(x)是函數(shù)，所以t[y(x)]稱為泛函。這里y(x)為一待求函數(shù)，它必須，滿足t為最小值的條件。所謂變分就是對泛函t求極值，考慮確定函數(shù)最小值問題：bI(y)=242。aF(x,y(x),y(x))dx39。y=39。dydx這里y(a)和y(b)值已經(jīng)給定，并且件y(a)=y1，相當求函數(shù)y=y(x)滿足邊界條、y(b)=y2并使I達到極值的條件。dy=y(x)=039。函數(shù)取極值必須滿足一定條件，即已知y=f(x)，那么dx為函數(shù)dI取極值的必要條件。同樣，對泛函數(shù)取極值也有相應的必要條件：dy=dI=0（d為變分專用符號）。泛函數(shù)取極值的必要條件經(jīng)推導可得到一個歐拉方程【泛函I取極值（非充分條件）時y(x)必須滿足歐拉方程】。x2I[y(x)]=已知242。F(x,y,y)dxx139。，歐拉方程為FyddxFy39。=0或dFdyddxdy（dF39。)=0 歐拉方程是一個微分方程，為求解這個微分方程，可得無窮多個極值曲線。當把邊界條件y(x1)=y1,y(x2)=y2代入，就可得到唯一的極值曲線。由于F=F(x,y,y)，所以ddxFy39。=39。FyddxFy39。=39。的展開式為：39。39。39。dFydx39。+dFydy39。+dFydy39。39。dy39。dx=Fy39。x+Fy39。+Fyy39。.y歐拉方程的最后形式為：從上面已看出，應用變分法為求解過程，首先是從泛函求極值出發(fā)，產(chǎn)生與變分代表同一物理過程的微分方程（歐拉方程）——必要條件，然后求解微分方程，得到滿足變分的極值曲線。一般來說，函數(shù)求極值得到的是一個數(shù)，而泛函求極值得到的是一個函數(shù)或者是微分方程加邊界條件。泛函求極值計算可用微分方程的求解來代替，反之，微分方程的求解也可用泛函求極值計算來代替。變分原理是用來求解微分方程，首先出現(xiàn)在彈性力學領域中，因為彈性構(gòu)件的平衡狀態(tài)具有最小的總位能，所以求解彈性力學的微分方程就很自然的轉(zhuǎn)化為一個變分問題。十、異質(zhì)集成技術(shù)即在濾波器產(chǎn)生陷波性能部分和超寬帶天線的設計上采用不同的介質(zhì)，以此來實現(xiàn)更佳的陷波和寬帶阻抗性。采用異質(zhì)集成技術(shù)不僅兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)經(jīng)典超寬帶天線的設計優(yōu)點，有效保證濾波器的性能，而且還能降低成本、提高系統(tǒng)的性能和效率。十一、槽孔不連續(xù)結(jié)構(gòu)的特點異質(zhì)集成技術(shù)和片上集成波導技術(shù)，將會在片上集成波導的孔和異質(zhì)集成部分產(chǎn)生不連續(xù)結(jié)構(gòu)FyFy39。xFy3