【正文】 你們的關(guān)懷教誨，支持和幫助將伴隨我一生。 感謝多年來傳授我知識(shí)的老師們， 同樣 感謝 那些在我學(xué)習(xí)過 程中給過我支持和幫助的朋友們。他們身上有很多精神值得我學(xué)習(xí)。在此，我要感謝 他們 對(duì)我的 幫助和指導(dǎo) ，沒有他們的幫助，這篇論文就無法順利的完成。 感謝我的指導(dǎo)老師范文強(qiáng)老師。 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21 致謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)即將完成，我的四年大學(xué)生涯也即將畫上句號(hào) 。 （ 2） 通過性能、形狀、分類及其發(fā)展方向簡單介紹了微帶天線 ，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和 輻射原理進(jìn)行了簡單的分析。在微帶天線上采用三維仿真設(shè)計(jì)進(jìn)行電磁場分析 , 其高精度的仿真分析功能 , 使得工程設(shè)計(jì)人員從繁瑣的編程計(jì)算、頻繁的實(shí)驗(yàn)調(diào)試中解脫出來 , 節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。可以看出用 HFSS 仿真微帶天線的參數(shù)是行之有效的，也是非常方便的。由圖可以看出，在此天線中駐波比大約為 ，略微偏大，希望可以通過改進(jìn)方案使駐波比變小，盡量提高天線的性能。此天線有不同程度的負(fù)瓣，說明其能量輻射不太集中，天線輻射和接收信號(hào)會(huì)有一定的能量損失。 由圖 可以看出天線的中心頻率 f0大約為 ，頻率范圍大約為 ~， 帶寬比較窄。通常選擇 S11參數(shù)在 10dB以下的頻率范圍為天線的有效頻率寬度， S11參數(shù)衰減最大時(shí)的頻率為天線的中心頻率。 仿真結(jié)果 HFSS軟件功能強(qiáng)大，如下是仿真的 S11參數(shù)、天線的方向圖和駐波比參數(shù)曲線。 為了看到整個(gè)頻段的電參數(shù)，需要進(jìn)行掃頻，設(shè)置如下參數(shù)：起始頻率(StartingFrequency)： 1GHz；終止頻率 (Ending Frequency)： ；步長數(shù) (Number of Steps)：210，這些工作做好后，即可退出，進(jìn)行求解。 若在最大迭代次數(shù)內(nèi)，迭代誤差未達(dá)到 ，不再繼續(xù)計(jì)算，當(dāng)?shù)`差達(dá)到 ，仿真過程結(jié)束。 在此模型中，選擇激勵(lì)條件為 Lumped port。 在此模型中，選擇邊界條件為 Perfect E。 (3) 定義端口和邊界 (Setup Ports/Surfaces) 點(diǎn)擊 New Boundary進(jìn)入端口和邊界定義菜單 (Define Ports/Surfaces Menu)。 (2) 材料定義 (Setup Material) 在 Properties 菜單 下 ，可 定義所設(shè)計(jì) 模型中的 Objects為 電阻、金屬或介質(zhì) 等?？梢灾苯永L制的物體 (Object)有： Ellipse， Line， Spiral， Circle， Arc， Rectangle等；還可運(yùn)用 Unite， Copy， Subtract， Move， Mirror， Rotate等命令進(jìn)行復(fù)雜模型的組裝。三維建模器界面上有顯示所建模型之三視圖 z面、 x面和 y面和顯示立體模型 4個(gè)窗口。 Sub1：長 （ X）、 寬 (Y)、 高 (Z)分別為 12， 9， ； Feed： 7， ， ； Ground： 12， 9， ； Slot： ， ， ； Patch： ； ； ； 其中， Rad Box(Air BOX)的尺寸為： ； ； ； 電介質(zhì)層采用的材料為： Rogers RT/druid 5880(tm)，相對(duì)介電常數(shù)： 。 選取 微帶天線模型 圖 所示為仿真模型的三視圖 ： 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 a 主視圖 b 俯視圖 c 側(cè)視圖 圖 微帶天線模型 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 此 模型分三層分布。 運(yùn)用 這些分析方法可以有效的 將 微帶結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)求解和轉(zhuǎn)化為標(biāo)量場求解。 微帶天線的 仿真 微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，電路的尺寸越來越小 ，電路指標(biāo)要求越來越高，電路的功能越來越多，而設(shè)計(jì)周期越來越短 [16]。根據(jù)積分變量處理方法的不同，積分方程又可分為譜域矩量法和空間域矩量法。 由于簡化分析模型的分析簡單 ， 雖然精確性略有不足，但 在 天線設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用中已被廣泛使用。 (1) 簡化分析模型 簡化的分析模型包括傳輸線模型，空腔模型，多端口網(wǎng)絡(luò)模型；其中多端口網(wǎng)絡(luò)模型是由空腔模型發(fā)展而來的。 微帶天線尺寸的理論公式 [14]： 12122rrcWf? ????? ???? (3. 12) 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 22recLlf ?? ? ? (3. 13) 上式 fr 是天線的工作頻率， c 為光速。 1 2 3 4 5lh ? ? ? ? ?? ? (3. 3) ? ? ? ?? ? ? ?0 . 8 1 0 . 8 5 4 41 0 . 8 1 0 . 8 5 4 40 . 2 6 0 . 2 3 60 . 4 3 4 9 0 70 . 1 8 9 0 . 8 7r e rr e rWW???????? (3. 4) 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 2 1 2 .3 5 8 1r rW? ??? ? (3. 5) ? ? 41 3 /13 74 ta n 41 rreW ?????? (3. 6) ? ? ? ?? ?1 1 . 4 5 64 1 0 . 0 3 7 3 ta n 0 . 0 6 7 6 5 e x p 0 . 0 3 6 1r r eW???? ? ? ????? (3. 7) ? ?5 1 0 . 2 1 8 e x p 7 . 5 rW? ? ? ? (3. 8) (3) 終端導(dǎo)納 通過 終端導(dǎo)納描述 了邊緣輻射槽特性 ，可表示成 ys=Gs+jBs ,其中 Bs 為槽的邊緣場產(chǎn)生的等效容性電納； Gs 為單一輻射槽輻射能量的等效電導(dǎo)。同時(shí)這里給出的 re 是直流相對(duì)介電常數(shù)。 (1)特征阻抗 ZC 及等效介電常數(shù) εre 應(yīng)用 Atwater歸納的公式：設(shè) Wr =W/h，則： 211 1 0 . 5 0 8 ( 1 ) e x p ( 0 . 2 3 4 6 )221 1 2 . 1 6 6 /rrr e r r rrWWW???????? ??? ? ? ? ?????? (3. 1) ? ? ? ?? ?0 .9 8 9 1 .7 9 6 0 .9 9 4 5 .860 ln1 .2 6 9rrC rrreWWZWW????????? ????? (3. 2) 在 Wr=， εr =213 時(shí)誤差 1%。 微帶天線的結(jié)構(gòu) 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 圖 矩形微帶天線結(jié)構(gòu)及傳輸模式等效電路 [12] 矩形微帶天線的結(jié)構(gòu)及傳輸模式等效電路如圖 。 沿 z方向裂縫面的法向單位 矢量為磁流密度 。 EY 沿著裂縫均勻分布 。 兩個(gè)低阻抗傳輸線的兩端， 形成了兩個(gè)縫隙 ， 電場被分解為兩個(gè)分量 ， En 垂直于接地板， E1 平行與接地板 ，因?yàn)?L=λG/2， 所以 輻射源的垂直方向上，水平分量可以得到最大輻射，垂直分量相互抵消而為零 。圖 是由傳輸線連接兩個(gè)輻射縫組合而成 ?？p平面 可看做是在位于微帶片兩端所延伸的面 。傳 輸方向是駐波分布， 其垂直方向 為 常數(shù)。波的傳輸方向決定于饋電點(diǎn)。 以下將介紹一般的微帶天線的分析方法。 微帶天線的分析方法 在對(duì)天線的性能參數(shù)進(jìn)行預(yù)先估算之后才可以進(jìn)行微帶天線的設(shè)計(jì)，這樣做有助于提高 高天線研制的 質(zhì)量和效率。 微帶天線 的 形狀 貼片 的形狀多種多樣 ， 在 實(shí)際應(yīng)用中 根據(jù)不同的性能要求和不同的安裝條件 ， 要使用的微帶貼片天線形狀也各不相同。 (3)易集成。 (2)電性能多樣化。 如圖 圖 微帶貼片天線 微帶天線的性能 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 微帶天線一般 情況下 應(yīng)用 于 1～ 50GHz的 頻率范圍 內(nèi) ， 也有 用于幾十 GHz的特殊天線 。按工作原理可分成駐波型和行波型 微帶 天線。 它將 上述接地板刻出縫隙，而在介質(zhì)基片的另一面印刷 出微帶線對(duì)縫隙饋電。 L 為 λg/2 時(shí)，在低阻傳輸線兩端形成兩個(gè)縫隙，向外輻射。常用的一類微帶天線是在一個(gè)薄介質(zhì)基上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕等方法作出一定形狀的金屬貼片，利用微帶線和軸線探針對(duì)貼片饋電，這就構(gòu)成了微帶天線。在 實(shí)際工作中 測量 這兩個(gè)參數(shù)時(shí)一般都是 S1。 在實(shí)際的工作中 ，這一指標(biāo) 幾乎不可能達(dá)到 。公式表示為： m ax m axm in m inIIUS U?? (2. 5) 圖 駐波比的定義 ： 天線 B 饋線 A N Zm ZC A B Umin Umax ZAAA Zl T U 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 圖 駐波比 顯然駐波比越小越好。駐波比 與反射成正比，當(dāng)它們的值越小，它們的 匹配越好。 天線的駐波比 駐波比是天線系統(tǒng)的重要特性參數(shù)， 它 表達(dá) 了 對(duì)天線與饋線之間的匹配程度 狀態(tài) 。假設(shè) 天線的最高工作頻率為 f max ，最低工作頻率為 f min ，對(duì)于窄頻帶天線，采用相對(duì)帶寬 [(f maxf min)/f0]ⅹ 100% 來表示其頻帶寬度。 天線的諧振頻率與工作頻帶寬度 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 天線的共振頻率是使天線的輸入阻抗為零頻率的電抗分量，稱為天線的諧振頻率。 天線的輸 入阻抗 受到 諸多因素的影響 ，比如天線的結(jié)構(gòu)，饋電點(diǎn)的位置，其工作頻率，幾何尺寸，天氣條件以及周圍的環(huán)境等 。 為了使天線的輸入阻抗盡可能是純電阻，應(yīng)使電抗分量趨近于零，否則 從天 線到饋線的有效信號(hào)功率 會(huì)受到輸入阻抗的電抗分量的影響而減少 。