【正文】 計我們直接使用上章陣元的參數，因此陣列天線設計時所需要做的相關參數選取和計算只有陣元間距的確定和饋電網絡的設計。 陣元間距的選取 根據相關理論研究，選擇合適的陣元間距可以提高天線的增益。陣元間距過小，由于陣元之間的耦合作用會降低天線的效率，從而使得陣列天線的增益效果明顯。因此加大陣元間距有助于提高天線增益，但是如果陣元間距過大可能會使得陣列天線的副瓣比較大，也會影響天線的效率，其次從天線的集成效果來看，較大的陣元間距會使得陣列天線的長度也會變得很大，當陣元數目比較多時整個天線系統(tǒng)尺寸也就相當大，應用起來會不方便。一般認為，～，可以一定程度上減小陣元間的耦合作用，而此間距下的陣列天線長度也會比較合理。： （） 。 并聯(lián)式饋電網絡設計 并聯(lián)式的饋電網絡可以很好地使陣元電流相位一致，達到邊射陣的設計要求。需要說明由于是并聯(lián)結構，所以此饋電網絡只適用于陣元數為2的冪次數的陣列天線。設計饋電網絡主要是考慮天線輸入電阻的阻抗匹配。由于選用的微帶線阻抗為50Ω，與天線的輸入阻抗一般情況下是不匹配的因此我們考慮利用饋電網絡使天線輸入阻抗與微帶線進行良好的匹配，所以連接陣元的饋電網絡就是一個大的四分之一物理波長阻抗轉換器。通過前面對阻抗匹配的介紹，我們知道阻抗匹配需滿足的條件是：。接下來我們就需要根據阻抗匹配條件來確定饋電網絡的尺寸。也就是每一段的長和寬。具體的確定方法為：豎著（除了最下面的一段）的微帶線的長均為四分之一物理波長。橫著的微帶線長分別為一倍間距和兩倍間距。微帶線的寬的確定方法為：先由阻抗匹配條件公式確定特性阻抗，再借助微帶線計算工具由特性阻抗確定微帶線的寬度。 并聯(lián)式饋電網絡結構模型 設計好饋電網絡之后，把陣元設計進去，構建微帶陣列天線模型，用HFSS進行仿真。 微帶陣列天線的仿真結果及其分析（1） 微帶陣列天線的方向圖。從圖中我們可以看出，所設計的陣列天線的輻射場主要集中在垂直天線平面方向，即圖中所示的Z軸方向，與單個陣元的方向圖相比，陣列天線的輻射方向圖更有指向性，場強主要集中在Z軸方向。這是陣元輻射場在該方向疊加的效果。 微帶陣列天線的三維立體方向圖 微帶天線的平面方向圖 ，在圖上 可以看出，在XOY平面天線沒有明顯的方向性，主瓣寬度比較大，基本無旁瓣；而在YOZ平面，天線的方向性明顯，主瓣突出而且比較窄，旁瓣電平多。這是由于陣列天線的排列結構影響的結果。因為陣元排列在XOY平面與Y軸平行的一條直線上，陣元在YOZ平面沿輻射電場同相疊加，由于陣元之間存在波程差，使得陣元在各個方向的疊加效果不一樣，因此產生較多的旁瓣；而在沿Z軸方向陣元的最大輻射電場相互疊加，得到陣列天線的最大輻射方向，因此主瓣突出。由于陣元在XOZ平面都是等相位的，因此陣列的輻射方向取決于陣元的輻射方向，陣元的方向性本身就不明顯，因此在陣列天線XOZ平面的方向性也不明顯。但是綜合陣列天線的三維立體方向圖我們可以看出，陣列天線的方向性與單個陣元相比還是有很大的提高。 從圖中的標記還可以知道，,。理論研究表明，陣列天線的陣元數越多，天線的方向性更好，增益系數也越大，所以陣列天線的性能較單個天線更好。（2） 天線的回波損耗參數S11 微帶陣列天線的回波損耗分析圖如下圖所示。由圖中可以看出陣列天線的回波損耗較之前單個陣元的損耗要偏大，這是因為陣列天線中陣元之間存在耦合效應，使得天線的回波損耗比較大。但是在設置的頻率范圍內，回波損耗有足夠的衰減，且在實際應用允許的回波損耗范圍內，故此陣列天線還是有很好的性能。 微帶陣列天線的S11參數分析圖（3） 微帶陣列天線的輸入阻抗及阻抗匹配 。，與微帶線的阻抗50Ω非常接近，說明陣列天線與微帶線達到了很好地匹配效果。從而也證明了天線與微帶線達成了很好的阻抗匹配效果。說明該設計的微帶陣列天線性能優(yōu)良。 微帶陣列天線的輸入阻抗分析圖 史密斯圓圖 微帶陣列天線的總結分析 通過設置合適的陣元間距，通過阻抗匹配的原理及公式計算和設計符合設計要求的饋電網絡，用饋電網絡將陣元連接起來設計成微帶陣列天線。通過仿真結果可以看出，天線的方向圖明顯，增益高，回波損耗參數滿足實際工程需求，阻抗匹配效果良好，因此微帶陣列天線總體性能比較好，有很好的理論參考價值。第五章 設計結論和工作總結 在了解微帶天線應用特點的背景下，知道微帶天線有著體積小、重量輕、易于集成和與載體共形等優(yōu)點使得微帶天線在許多領域有著廣泛的應用。同時微帶天線存在增益小、方向圖不明顯等缺陷制約了其理論研究和實際應用。理論研究發(fā)現(xiàn)將若干微帶天線按照一定規(guī)律排列組成微帶陣列天線可以很好地解決這些問題。于是通過學習和了解天線和陣列天線的相關理論，分別設計出了工作中心頻率在10GHz的單個天線和4元均勻直線陣列天線，通過HFSS仿真軟件對相關參數進行優(yōu)化改進后分別對陣元天線和陣列天線進行仿真，從仿真結果得到的相關性能參數和圖示進行對比，驗證微帶陣列天線能提高天線增益和方向性的結論。 針對此次設計目標，我主要做了如下工作：1. 學習微帶天線的相關理論，了解微帶天線的輻射機理和分析方法，并了解天線的特性參數。2. 根據相關理論和公式，通過分析和計算得到設計天線所需要的參數。設計出天線的結構模型。3. 利用HFSS軟件對構建的模型進行仿真并對模型的相關參數進行優(yōu)化，得到性能更加具有理論分析價值的天線。4. 對所設計并完成優(yōu)化后的微帶天線單元和由其組成的微帶陣列天線進行仿真，對比仿真結果和相關性能參數，得出結論。通過對陣元天線和陣列天線的仿真結果進行分析發(fā)現(xiàn)，同時陣列天線的方向圖比單個陣元的方向圖指向性更好，說明陣列天線的方向性要強于單個天線陣元。于是可以得出結論：將單個微帶天線設計成微帶陣列天線可以提高增益，增強方向性。驗證了相關理論的正確性。參考文獻 [1]. 惠鵬飛，夏穎，周喜全，淘佰瑞，苗鳳娟；基于HFSS的424微帶陣列天線的設計與研究[J]；齊齊哈爾大學學報；2010,26(5). [2]. 汪濤，黃正峰，張鑒，張?zhí)鞎?；微帶陣列天線的設計與FDTD分析［J］；船檢電子工程；2013年第12期. [3]. 汪濤，黃正峰；直線陣列天線的設計與性能分析[J]；信息技術；2014年第4期. [4]. 夏穎，惠鵬飛；L波段平面微帶陣列天線的優(yōu)化設計[J]；高師理科學刊；2008,28(1). [5] 郝欣欣，段耀鐸，徐海東，張懷武；64單元Ｘ波段高增益圓極化微帶陣列天線設計[J]；微波學報；2014,30(5). [6] 韓國棟，武偉，杜彪；一種寬帶雙極化波導陣列天線的設計[J]；現(xiàn)代雷達；2013年，35(1). [7] Sharma,P.。Gupta, and gain enhancement in microstrip antenna array for 8GHz frequency applications[J].Engineering and Systems(SCES),2014:1～6. [8] Sabban, band microstrip antenna arrays with high efficiency[J].Antennas and Propagation Society International Symposium1,999,4:2740～2743. [9] Jagadish,M.。Ramya, and parametric analysis of microstrip antenna array for increased and Signal Processing(ICCSP).2014:622～626. [10] 王新穩(wěn)，李延平，李萍；微波技術與天線（第三版）[M]；北京：電子工業(yè)出版社，2011:182～223. [11] 李明洋，劉敏；HFSS天線設計（第2版）[M]。北京：電子工業(yè)出版社，2014:268～295. [12] 倪國旗，梁軍，余白平，張濤；一種寬頻段高增益16單元微帶天線陣設計[J]；電訊技術；2013,53(6). [13] 張明民，鄢澤洪；圓極化微帶陣列天線的設計[J]；電子科技；2010，23(9).27