【正文】 計我們直接使用上章陣元的參數(shù)，因此陣列天線設(shè)計時所需要做的相關(guān)參數(shù)選取和計算只有陣元間距的確定和饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。 陣元間距的選取 根據(jù)相關(guān)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(dāng)陣元數(shù)目比較多時整個天線系統(tǒng)尺寸也就相當(dāng)大，應(yīng)用起來會不方便。一般認(rèn)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(wǎng)絡(luò)設(shè)計 并聯(lián)式的饋電網(wǎng)絡(luò)可以很好地使陣元電流相位一致，達到邊射陣的設(shè)計要求。需要說明由于是并聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以此饋電網(wǎng)絡(luò)只適用于陣元數(shù)為2的冪次數(shù)的陣列天線。設(shè)計饋電網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)就是一個大的四分之一物理波長阻抗轉(zhuǎn)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(jù)阻抗匹配條件來確定饋電網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型 設(shè)計好饋電網(wǎng)絡(luò)之后，把陣元設(shè)計進去，構(gòu)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(jié)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(shè)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(jié)構(gòu)影響的結(jié)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(chǎn)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(biāo)記還可以知道，,。理論研究表明，陣列天線的陣元數(shù)越多，天線的方向性更好，增益系數(shù)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(shù)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(yīng)，使得天線的回波損耗比較大。但是在設(shè)置的頻率范圍內(nèi)，回波損耗有足夠的衰減，且在實際應(yīng)用允許的回波損耗范圍內(nèi)，故此陣列天線還是有很好的性能。 微帶陣列天線的S11參數(shù)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(shè)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(jié)分析 通過設(shè)置合適的陣元間距，通過阻抗匹配的原理及公式計算和設(shè)計符合設(shè)計要求的饋電網(wǎng)絡(luò)，用饋電網(wǎng)絡(luò)將陣元連接起來設(shè)計成微帶陣列天線。通過仿真結(jié)果可以看出，天線的方向圖明顯，增益高，回波損耗參數(shù)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(shè)計結(jié)論和工作總結(jié) 在了解微帶天線應(yīng)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(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(yīng)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(xué)習(xí)和了解天線和陣列天線的相關(guān)理論，分別設(shè)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(guān)參數(shù)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(jié)果得到的相關(guān)性能參數(shù)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(jié)論。 針對此次設(shè)計目標(biāo)，我主要做了如下工作：1. 學(xué)習(xí)微帶天線的相關(guān)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(shù)。2. 根據(jù)相關(guān)理論和公式，通過分析和計算得到設(shè)計天線所需要的參數(shù)。設(shè)計出天線的結(jié)構(gòu)模型。3. 利用HFSS軟件對構(gòu)建的模型進行仿真并對模型的相關(guān)參數(shù)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(shè)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(jié)果和相關(guān)性能參數(shù)，得出結(jié)論。通過對陣元天線和陣列天線的仿真結(jié)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(jié)論：將單個微帶天線設(shè)計成微帶陣列天線可以提高增益，增強方向性。驗證了相關(guān)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(shè)計與研究[J]；齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報；2010,26(5). [2]. 汪濤，黃正峰，張鑒，張?zhí)鞎常晃ш嚵刑炀€的設(shè)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(shè)計與性能分析[J]；信息技術(shù)；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(shè)計[J]；高師理科學(xué)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(shè)計[J]；微波學(xué)報；2014,30(5). [6] 韓國棟，武偉，杜彪；一種寬帶雙極化波導(dǎo)陣列天線的設(shè)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(shù)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(shè)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(shè)計[J]；電訊技術(shù)；2013,53(6). [13] 張明民，鄢澤洪；圓極化微帶陣列天線的設(shè)計[J]；電子科技；2010，23(9).27