【正文】 篇：專業(yè)術(shù)語專業(yè)術(shù)語學(xué)習(xí)一、共面波導(dǎo)如圖，即在介質(zhì)基片的一個(gè)面上制作出中心導(dǎo)體帶，并在緊鄰中心導(dǎo)體帶的兩側(cè)制作出導(dǎo)體平面，這樣就構(gòu)成了共面波導(dǎo)，又叫共面微帶傳輸線。共面波導(dǎo)傳播的是TEM波，沒有截止頻率。由于中心導(dǎo)體與導(dǎo)體平板位于同一平面內(nèi)，因此，在共面波導(dǎo)上并聯(lián)安裝元器件很方便，用它可制成傳輸線及元件都在同一側(cè)的單片微波集成電路。二、片上集成波導(dǎo)基片集成波導(dǎo)Substrate integrated waveguide（SIW）是一種新的微波傳輸線形式，其利用金屬過孔在介質(zhì)基片上實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)的場傳播模式。高頻應(yīng)用中，由于波長過小過于高的容差要求常常使微帶線失效。波導(dǎo)就常用于高頻情況，但是波導(dǎo)體積大，不易于集成。所以產(chǎn)生了一種新的觀點(diǎn)：基片集成波導(dǎo)SIW。SIW是介于微帶與介質(zhì)填充波導(dǎo)之間的一種傳輸線。SIW兼顧傳統(tǒng)波導(dǎo)和微帶傳輸線的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高性能微波毫米波平面電路。原理：1，采用PCB，LTCC或者薄膜工藝實(shí)現(xiàn)兩排金屬過孔。2，電磁波被限制在兩排金屬孔和上下金屬邊界形成的矩形腔內(nèi)。3，由于邊上的過孔，橫磁波（TM）不存在，橫電波TE10模為主模。三、時(shí)域有限差分法（FDTD）時(shí)域有限差分法原理，就是直接將時(shí)域Maxwell方程組的兩個(gè)旋度方程中關(guān)于空間變量和時(shí)間變量的偏導(dǎo)數(shù)用差商近似，從而轉(zhuǎn)換為離散網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的是與有限差分方程。加入時(shí)域脈沖激勵(lì)后，在時(shí)間上迭代就可直觀地模擬出脈沖在求解區(qū)域上傳播、反射和散射的過程，進(jìn)而采用FFT將時(shí)域響應(yīng)變換到頻域就可獲得所希望的各種電參數(shù)，如無源電路的散射參數(shù)、天線的輻射方向圖和輸入阻抗、散射體的雷達(dá)散射截面（RCS）等。四、射線追蹤射線追蹤法是指給定發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)位置及介質(zhì)的波速,求從發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)的射線軌跡及其走勢(波傳播的時(shí)間)。80年代末以來,隨著Kirchhoff 積分疊前深度偏移在解決復(fù)雜構(gòu)造成像中獲得一系列成功,作為其算法基礎(chǔ)之一的射線追蹤方法也得到了很大的促進(jìn)和發(fā)展,出現(xiàn)了大量不同于傳統(tǒng)方法的新型算法。主要基于Snell 的折射理論、Huygens原理、和Fermat理論,對(duì)射線進(jìn)行分析得到地震波的路徑?，F(xiàn)行的方法可分為以逐點(diǎn)外推為基礎(chǔ)的局部射線追蹤法理論,和以整體分析、驗(yàn)算為出發(fā)點(diǎn)的全局射線追蹤法。射線追蹤法示意圖五、多陷波技術(shù)實(shí)現(xiàn)陷波的方法都是通過改變天線的結(jié)構(gòu)影響天線的上的電流分布來實(shí)現(xiàn)陷波性能的，被改變電流分布后，天線相當(dāng)于增加了一個(gè)帶阻濾波器來實(shí)現(xiàn)頻帶抑制。比較常用的方法是刻蝕槽和增加輻射單元。：目的都是為了改變天線的電流分布，從而達(dá)到頻帶抑制作用。槽可以添加在天線地板、輻射貼片和其它有用的位置上。槽的形狀也并非全是U形，也可以是環(huán)形、方形、L形、矩形以及其他不規(guī)則形狀。輻射貼片開U型槽的原理，刻蝕的U形槽改變了它兩邊的電流分布，使電流的方向相反，從而實(shí)現(xiàn)頻帶抑制。被抑制的頻帶由U形槽的尺寸決定，改變U形槽的長度和寬度可以改變被抑制的頻帶范圍和中心頻帶。：原理：添加調(diào)諧單元的方法是在天線結(jié)構(gòu)上增加與天線連接的部分通過增加調(diào)諧單元來改變天線上的電流分布，等效于引入相應(yīng)頻率上的濾波器，類似于容性加載，相當(dāng)于在需要抑制的頻帶內(nèi)串聯(lián)了諧振器來實(shí)現(xiàn)諧振，從而達(dá)到頻帶抑制的作用。調(diào)諧單元一般加載在貼片輻射單元或微帶線上，一般為“半波長諧振結(jié)構(gòu)”，但也視不同情況而定。：原理：通過引入寄生單元，使其上面的電流與輻射貼片上的電流方向相反，從而使被抑制的頻帶內(nèi)的反射系數(shù)大大增加，在超寬帶頻譜上實(shí)現(xiàn)頻帶抑制。六、寬帶槽天線定義：縫隙天線（slot antenna），在導(dǎo)體面上開縫形成的天線，也稱為開槽天線。典型的縫隙形狀是長條形的，長度約為半個(gè)波長。縫隙可用跨接在它窄邊上的傳輸線饋電，也可由波導(dǎo)或諧振腔饋電。這時(shí)，縫隙上激勵(lì)有射頻電磁場，并向空間輻射電磁波。常用的縫隙天線是開在傳輸TE10模的矩形波導(dǎo)壁上的半波諧振縫隙。如果所開縫隙截?cái)嗖▽?dǎo)內(nèi)壁表面電流線，則表面電流一部分繞過縫隙，另一部分以位移電流的形式沿原來方向流過縫隙，以維持總電流連續(xù)，因此縫被激勵(lì)。原理：無限大和無限薄的理想導(dǎo)電平面上的縫隙稱為理想縫隙。理想縫隙上的電場與縫隙的長邊垂直，其振幅在縫隙的兩端下降為零。這一電場分布與具有相同尺寸的導(dǎo)體振子（稱為互補(bǔ)振子）上的磁場分布(即電流分布)完全一樣。根據(jù)電磁場的對(duì)偶性可知，理想縫隙所輻射的電磁場與互補(bǔ)振子產(chǎn)生的電磁場具有相同的結(jié)構(gòu)，只是振子的電場矢量對(duì)應(yīng)于縫隙的磁場矢量，振子的磁場矢量對(duì)應(yīng)于縫隙的電場矢量而已。因此?？p隙在yz平面內(nèi)的方向圖為8字形,而在xy平面內(nèi)的方向圖為圓形。理想縫隙的輸入阻抗與互補(bǔ)振子的輸入阻抗之積為z0/4，z0為周圍媒質(zhì)的波阻抗。對(duì)于有限導(dǎo)體平面或曲面上的實(shí)際縫隙，只要導(dǎo)體面尺寸比波長大得多，特別是縫隙窄邊方向的尺寸較大，曲率較小，則其基本特性便近似于理想縫隙。分類：利用多個(gè)縫隙可構(gòu)成縫隙陣?？p隙陣有兩類：諧振陣和非諧振陣。諧振陣中各縫隙是同相激勵(lì)的；非諧振陣中各縫隙有一定相位差，因而其最大輻射方向不是在陣的法線方向，而是與法線成一角度。非諧振陣的優(yōu)點(diǎn)是頻帶較寬?？p隙天線一般用于微波波段的雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗和通信等設(shè)備中，并因能制成共形結(jié)構(gòu)而特別適宜于用在高速飛行器上。中國第一顆人造衛(wèi)星就使用了縫隙天線。60年代以來，波導(dǎo)縫隙陣天線（包括形成相位掃描或頻率掃描的面陣），因易于控制各縫隙的激勵(lì)以得到特定的口徑場分布，結(jié)構(gòu)簡便，已獲得迅速的發(fā)展和應(yīng)用。超低副瓣天線（副瓣電平低于－40分貝）就是在60年代后期用波導(dǎo)縫隙陣首先實(shí)現(xiàn)的。七、超寬帶超寬帶的定義：規(guī)定天線的輻射功率從峰值下降到10dB相對(duì)帶寬超過20%（相對(duì)帶寬的計(jì)算公式為bw=2fHfLfH+fL）。后來FCC又將此帶寬值修改為500MHz。超寬帶天線的設(shè)計(jì)要求：(a)阻抗要求天線輸入阻抗必須具有超寬帶特性，即在工作信號(hào)的主要頻帶上保持阻抗的一致性，才可以保證信號(hào)能量有效地輻射出去，不引起信號(hào)特性的改變或降低。同時(shí)，必須觖天線終端不連續(xù)性引起的振鈴現(xiàn)象（超寬帶槽天線的過孔不連續(xù)性），要求天線特性阻抗沿天線縱向連續(xù)變化過渡，其上的電流為行波分布，所以，大多數(shù)起寬帶天線常常作阻抗加載處理，因而天線效率降低。(b)相位中心要求天線的相位中心具有超寬帶不變特性，即天線的相位中心在工作信號(hào)能量分布的主要頻帶上保持一致。對(duì)于脈沖輻血壓場的空間分布，不僅有幅度的要求，而且要求在空間一定的區(qū)域內(nèi)脈沖輻射場的波形不發(fā)生嚴(yán)重畸變。傳統(tǒng)意義上的寬帶天線，如對(duì)數(shù)周期天線、螺旋天線等輻射場的幅度空間分布滿足寬帶要求，但是輻射場的相位空間分布不滿足寬帶要求，即其相位中心在該頻段內(nèi)變化較大，所以不能作為超寬帶信號(hào)的輻射器應(yīng)用。(c)最大輻射方向要求為了保證超寬帶信號(hào)的保真性，天線的最大輻射方向不能變化，否則波形保真不能滿足。(d)天線增益要求當(dāng)天線收發(fā)雙工時(shí)，收發(fā)天線的合成傳輸函數(shù)應(yīng)當(dāng)保持常數(shù)，這樣要求天線增益G(w)正比于w，或者表示為G(l)=G0l即在工作頻帶內(nèi)，天線增益應(yīng)與頻率成正比或與波長成反比。八、開路線/短路線技術(shù)傳輸線中的開路、短路距負(fù)載z向負(fù)載方向看去的傳輸線上的阻抗為： Zi(z)=Z0Rr+jZ01tanbli01rZ+jRtanbli(a)終端短路負(fù)載阻抗ZL=0,Г=1時(shí)，距負(fù)載Z處向負(fù)載方向看去，傳輸線上的電壓、電流及阻抗的分布為： U(Z)=j2Ulsinβz I(Z)=2Ul/Z0cosβz Z(Z)=jZ0tanβz 其中，Ul為終端入射波電壓，Z0為傳輸線的特性阻抗。上式表明：（1）在終端短路的無耗線上，對(duì)于任意指定的時(shí)刻（或沿線均為零值的時(shí)刻除外），沿線電壓和電流分布的空間相位相差90176。，即電流的有效值最大而電壓恒為零，稱為電流的波腹和電壓的波節(jié)。任意一處的輸入阻抗都是純電抗性的，意味著通過線上任意一處傳輸?shù)钠骄β识嫉扔诹?，這是傳輸線的損耗性質(zhì)以及終端沒有消耗功率的負(fù)載的必然結(jié)果.（2）當(dāng)z=(2n+1)λ/4，（n=0,1,2…）時(shí)，電壓振幅恒為最大值，即|U|max=2|Ui|,而電流振幅恒為零，即|I|min=0,這些點(diǎn)稱之為電壓的波腹點(diǎn)和電流的波節(jié)點(diǎn)。當(dāng)z=nλ/2,（n=0,1,2…）時(shí)，電流振幅恒為最大值，即|I|max=2Ii,而電壓振幅恒為零，即|U|min=0,這些稱之為電流的波腹點(diǎn)和電壓的波節(jié)點(diǎn)。波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)相差λ/4。（3）傳輸線終端短路時(shí)，輸入阻抗為Zin(z)=jZ0tanβz=jZ0tan(2πz/λ)=jXin 當(dāng)工作頻率固定時(shí)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(shí)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(shí)，電壓波腹點(diǎn)為短路時(shí)的波節(jié)點(diǎn)，波節(jié)點(diǎn)為短路時(shí)的波腹點(diǎn)。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(xiàn)中提到，使用微帶開路線饋電可以起到擴(kuò)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(duì)任意的三維模型進(jìn)行全波分析求解。HFSS提供了簡潔直觀的用戶設(shè)計(jì)界面、精確自適應(yīng)的場解器、擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大后處理器，能計(jì)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(qiáng)大的天線設(shè)計(jì)功能，它可以計(jì)算天線參量，如增益、方向性、遠(yuǎn)場方向圖剖面、遠(yuǎn)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(jì)算：基本電磁場數(shù)值解和開邊界問題，近遠(yuǎn)場輻射問題；端口特征阻抗和傳輸常數(shù)；S參數(shù)和相應(yīng)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(chǔ)的高頻設(shè)計(jì)解決方案，提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級(jí)的快速而精確的設(shè)計(jì)手段，覆蓋了高頻設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)。Ansoft HFSS的應(yīng)用領(lǐng)域（天線方面）：貼片天線、喇叭天線、螺旋天線 ：圓形/矩形波導(dǎo)、喇叭、波導(dǎo)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(yuǎn)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(yīng)網(wǎng)格(Adaptive Meshing)激勵(lì)：端口求解求解原理：2DFEM形式：自適應(yīng)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(jì)算N端口網(wǎng)絡(luò)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(yīng)網(wǎng)格剖分）在每一個(gè)激勵(lì)端口處計(jì)算與端口具有相同截面的傳輸線所支持的模式假設(shè)每次激勵(lì)一個(gè)模式，計(jì)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(jì)算廣義S矩陣圖1 求解流程圖自適應(yīng)網(wǎng)格剖分是在誤差大的區(qū)域內(nèi)對(duì)網(wǎng)格多次迭代細(xì)化的求解過程，利用網(wǎng)格剖分結(jié)果來計(jì)算在求解頻率激勵(lì)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(jìn)行的粗剖分，然后進(jìn)行自適應(yīng)分析，利用粗剖分對(duì)象計(jì)算的有限元解來估計(jì)在問題域中的哪些區(qū)域其精確解會(huì)有很大的誤差（收斂性判斷），再對(duì)這些區(qū)域的四面體網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化（進(jìn)一步迭代），并產(chǎn)生新的解，重新計(jì)算誤差，重復(fù)迭代過程（求解—誤差分析（收斂性判斷）—自適應(yīng)細(xì)化網(wǎng)格）直到滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)或達(dá)到最大迭代步數(shù)。如果正在進(jìn)行掃頻，則對(duì)其他頻點(diǎn)求解問題不再進(jìn)一步細(xì)化網(wǎng)格。圖2 自適應(yīng)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(gè)、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(jìn)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(fù)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(chǔ)，這就是依據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)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(gè)分區(qū)或分塊的集合體。假設(shè)這些單元在處于它們邊界上的若干個(gè)離散節(jié)點(diǎn)處相互連接，這些節(jié)點(diǎn)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(xiàng)式，最簡單的情況是位移的線性函數(shù)。這些函數(shù)應(yīng)當(dāng)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(gè)“有限單元”的節(jié)點(diǎn)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(duì)單元的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)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(yīng)變和應(yīng)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(diǎn)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?jiǎng)偠染仃嚭蛦卧刃Ч?jié)點(diǎn)載荷列陣集成表示整個(gè)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(gè)結(jié)構(gòu)己知量總節(jié)點(diǎn)載荷與整個(gè)物體未知量總節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系。解有限元方程和輔助計(jì)算:引入強(qiáng)制邊