【正文】 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.。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。2. 根據(jù)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(shù)。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。說明該設計的微帶陣列天線性能優(yōu)良。但是在設置的頻率范圍內(nèi)，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(nèi)，故此陣列天線還是有很好的性能。 從圖中的標記還可以知道，,。這是由于陣列天線的排列結(jié)構影響的結(jié)果。 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。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。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)絡就是一個大的四分之一物理波長阻抗轉(zhuǎn)換器。： （） 。 陣元間距的選取 根據(jù)相關理論研究，選擇合適的陣元間距可以提高天線的增益。此次設計中，由于只是對陣列天線的性能和參數(shù)進行定性的分析，我們?yōu)榱耸乖O計簡單，設計的是一個4元均勻直線陣列天線，采用的是陣元同相激勵電流，所以是一個4元的邊射陣，得到的最大輻射方向也是在垂直天線平面方向。 第四章 微帶陣列天線的設計 從前面的陣元仿真結(jié)果我們已經(jīng)知道，單個陣元天線使用起來方向性不強，增益低，往往達不到天線在實際應用的強方向性、高增益的性能指標。 陣元天線的史密斯圓圖 天線陣元的總結(jié)分析 由仿真結(jié)果得到的相關性能參數(shù)我們可以總結(jié)出，首先天線的尺寸參數(shù)影響著天線的諧振頻率和相關性能。（3） 陣元的輸入阻抗及阻抗匹配 仿真結(jié)果中天線的輸入阻抗特性曲線和史密斯圓圖如下圖所示，從圖中可以看出，在工作中心頻率10GHz對應的縱坐標為58，說明天線的輸入阻抗為58Ω，與微帶線的特性阻抗50Ω已經(jīng)非常接近了。優(yōu)化完成，優(yōu)化后的掃頻分析結(jié)果圖如下： 對比優(yōu)化之前的掃頻分析圖，可以發(fā)現(xiàn)優(yōu)化之后天線的諧振頻率為設計要求的中心頻率，同時大大減小了回波損耗，說明天線的大部分能量經(jīng)過微帶線傳輸出去了，從而很好地改善了天線的性能。、。相關理論研究發(fā)現(xiàn)，輻射貼片長度越短，則諧振頻率越高。達不到設計所需的高性能。待仿真完之后，對仿真結(jié)果進行查看分析。 本次設計采用的HFSS 。（7） 查看運行結(jié)果。設計時饋電面的激勵方式的選取主要有兩種：波端口激勵（Wave port）和集總端口激勵（Lumped Port），這兩者的區(qū)別體現(xiàn)在，一般與背景相接觸的饋電面使用波端口激勵方式，在模型內(nèi)部的饋電面使用集總端口激勵。（3） 設置邊界條件。選擇模式驅(qū)動（Driven Modal）或者終端驅(qū)動(Driven Terminal)求解類型。該軟件采用的是基于數(shù)值分析的有限元法，能對設計結(jié)果實現(xiàn)精確計算，并對其設計模型的方向圖、內(nèi)外場分布等性能進行精準預測，同時還可以優(yōu)化設計模型的相關參數(shù)，得到滿足設計需要的模型。在設計單個微帶天線時，為充分發(fā)揮微帶天線的性能，所以必須考慮阻抗匹配問題，因此必須設計一個1/4波長轉(zhuǎn)換器。 饋電與阻抗匹配 前面已經(jīng)介紹微帶天線的饋電方式有好幾種，我們選擇的是最常用也是結(jié)構最簡單的微帶線饋電的方式，饋電點位于貼片邊緣位置的偏心饋電方式。綜合以上考慮，本文選擇了聚四氟乙烯材料Arlon AD270，其介電常數(shù)=,。為了得到很好地天線性能，我們需要通過分析和計算來確定微帶天線陣元中的相關參數(shù)。在設計陣元過程中需要選取貼片和介質(zhì)基片材料、計算相關尺寸、選擇饋電方式，然后通過仿真優(yōu)化參數(shù)，最終確定參數(shù)進行仿真，得出結(jié)果進行分析。在失配情況下，由于此時傳輸線上存在反射波，使得傳輸線輸送的功率的過程中發(fā)生損耗使得能量不能全部被負載吸收，因此會降低天線的效率。因此，在設計天線時應盡可能使S11參數(shù)比較低，從而保證天線在工作時盡可能地把能量發(fā)射出去，使天線有比較高的效率，這是保障天線性能的一種方式。因此，天線的方向圖也是衡量天線性能的一個重要指標。（2）天線的方向圖 天線方向圖又叫輻射方向圖和遠場方向圖。 天線的性能參數(shù)分析（1） 增益系數(shù) 天線的增益系數(shù)是指在相同的輸入功率下，在某一距離和角度天線在最大輻射方向上某處輻射功率密度與無方向性天線在同一處輻射功率密度之比，也可以用天線的方向系數(shù)和其效率的乘積來表示。故構成了邊射式均勻直線陣。1. 邊射陣 邊射陣得到的輻射電場的最大值方向在垂直于天線平面的方向，即各陣元的輻射場在垂直天線平面方向同相疊加。上圖表示的就是一個N陣元均勻直線陣，圖中0—N1表示Ｎ個陣元，延ｘ軸排成一條直線。 需要指出，為了減少計算機的計算量，并且使得出的結(jié)果更加精確，在設計時應使得輻射邊界不能過大，在滿足所需要的輻射區(qū)域的基礎上盡量減小輻射邊界尺寸。相關研究已經(jīng)證明，采用正三角形或正四面體劃分網(wǎng)格時，得到的求解結(jié)果最為精確。此次設計用到的HFSS軟件所采用的就是上述數(shù)值分析方法中的一種：有限元法，因此下面對該方法進行解釋說明。由給所設計天線給出的邊界條件列出場源特性分布的積分方程，再解方程得到源分布特性，再由一系列的積分方程的解來確定總場。 傳輸線模型理論分析方法計算量少，方法簡單，可以直觀地由其物理模型進行理解。傳輸線法分析時需要基于以下幾兩個假設：1）微帶貼片跟介質(zhì)基片的接地層構成微帶傳輸線，在介質(zhì)基片的中間傳輸TEM波，且波傳輸方向由饋電點的位置。目前對天線的分析方法有：傳輸線法、腔模理論、多端口網(wǎng)絡模型、數(shù)值分析法等，選擇合適的分析方法可以對天線的一些性能參數(shù)進行預先的估算處理，從而方便天線的設計的效率。由于天線的輸入阻抗與饋電點位置有關，所以選擇合適的饋電點位置達到阻抗匹配的最佳效果。由于饋線與微帶貼片之間的耦合效應，使得天線諧振頻率與工作的中心頻率之間有一個小的移位，可以通過稍加改變貼片尺寸，借助計算機軟件找到最合適的尺寸使得天線諧振頻率回到中心頻率上。 微帶線饋電需要考慮天線輸入阻抗與特性阻抗的匹配。由于微帶饋線與微帶貼片是處在同一平面，制造時只需要將饋線和貼片一起光刻，操作簡單容易大量生產(chǎn)。所以微帶天線可以看作相距λ/長度為w、縫隙寬度為介質(zhì)基片厚度h的縫隙天線。前面已知介質(zhì)基片厚度h遠小于工作波長λ，故可假定輻射電場沿微帶結(jié)構的寬度和介質(zhì)基片厚度的方向沒有變化，而是僅沿著長度為λ/2的貼片長度方向變化。微帶貼片可以是矩形，圓形或者圓環(huán)形等規(guī)則面積單元，成為微帶貼片天線。 第四章是對陣列天線的設計和仿真，包括陣元間距的確定和饋電網(wǎng)絡的設計、對仿真結(jié)果進行分析。在設計過程中，需要根據(jù)相關理論計算、優(yōu)化、確定單個陣元的相關參數(shù)設計出單個陣元，然后再選取合適的饋電網(wǎng)絡將單個陣元組成天線陣，最后分別對單個陣元和整個天線陣用HFSS進行仿真，運行得出結(jié)果，通過對比兩者結(jié)果和性能參數(shù)，分析兩者的性能差異，從而得出結(jié)論。將若干微帶天線組成微帶陣列天線，可以很好解決這些缺點，從而應用在對性能要求更高的實際中。非端射非側(cè)射天線的最大輻射方向則指向與上述兩方向不同的其他方向。陣元排列方式也可以是三維平面，例如各單元中心排列在某個球面上，則構成了球面陣。天線陣按照不同的分類條件有多種，可以按照以下幾種類型分類： 按陣元單元排列形式可分為線陣和面陣。 微帶天線陣 將若干個相同的單個微帶天線按照一定規(guī)律排列組成的天線系統(tǒng)，稱為微帶陣列天線。相較于常用的微波天線，微帶天線主要體現(xiàn)了如下優(yōu)點：（1） 體積小、重量輕、成本低，能夠與集成電路很好地兼容；（2） 微帶天線及其陣列天線剖面低，易于與載體共形；（3） 微帶天線具有平面結(jié)構，可以設計成需要的形式和形狀；（4） 便于獲得圓極化，實現(xiàn)雙頻段，雙極化等多功能工作需要；（5） 能和有源器件、電路集成為統(tǒng)一的