ghz四單元陣列天線設(shè)計(jì)研究-文庫(kù)吧資料
2025-01-22 04:56本頁(yè)面
【正文】 反，平行電場(chǎng)分量大小相等、方向相反；因此，遠(yuǎn)區(qū)輻射電場(chǎng)垂直分量相互抵消，輻射電場(chǎng)平行于天線表面。對(duì)于矩形貼片微帶天線，理論分析時(shí)可以采用傳輸線模型來分析其性能。與天線性能相關(guān)的參數(shù)包括輻射源的長(zhǎng)度L、輻射源的寬度W、介質(zhì)層的厚度h、介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)和損耗正切、介質(zhì)層的長(zhǎng)度LG和寬度WG。微帶天線由于具有質(zhì)量輕、體積小、易于制造等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于個(gè)人無線通信中。主要通過陣列天線S11參數(shù)曲線圖、Smith圓圖來觀察天線的匹配情況。50Ω與100Ω之間的是四分之一阻抗變換線，實(shí)現(xiàn)50Ω到200Ω的匹配，由得Zc=100Ω。50Ω50Ω200Ω100Ω圖 51微帶直線陣的阻抗匹配結(jié)構(gòu)圖在四元陣的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中，并聯(lián)結(jié)構(gòu)為二級(jí)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)200Ω阻抗并接形成了100Ω的阻抗，第二級(jí)100Ω的阻抗并接后形成了50Ω的阻抗?？偣卜譃槿糠郑?0Ω阻抗延長(zhǎng)線、四之一阻抗變換段、100Ω和200Ω的阻抗并聯(lián)段。下圖41為四單元微帶陣列的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，天線組陣分為三部分：天線的機(jī)械固定部分、單元天線部分和阻抗匹配部分和匹配網(wǎng)絡(luò)部分。圖48原理圖匹配匹配后打開前面仿真過的微帶貼片的layout文件，按照原理圖中的尺寸在Layout中畫出匹配直接的圖形，最終Layout圖形如圖49所示圖49 最終Layout 圖形 單元天線介質(zhì)常數(shù)對(duì)天線的影響 結(jié)果如圖410圖410 S參數(shù)仿真結(jié)果當(dāng)介質(zhì)常數(shù)為5時(shí) 結(jié)果如圖411圖411 S參數(shù)仿真結(jié)果當(dāng)介質(zhì)常數(shù)為6時(shí) 結(jié)果如圖412圖412 S參數(shù)仿真結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 從中可以看出介質(zhì)常數(shù)越大，中心頻率越小 介質(zhì)板的厚度對(duì)天線的影響仿真分析 如圖413 圖413 S參數(shù)仿真結(jié)果 圖414 S參數(shù)仿真結(jié)果，如圖415圖415 S參數(shù)仿真結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果：介質(zhì)板厚度越大 中心頻率越低第5章 設(shè)計(jì)方案第5章 設(shè)計(jì)方案天線組陣的研究是為了從實(shí)驗(yàn)中研制出一些簡(jiǎn)單的天線陣，通過分析選擇合適的參數(shù)。 圖45添加端口單擊工具欄的端口圖標(biāo)，對(duì)貼片添加端口，將端口加在天線的一半位置如圖45 圖46 S參數(shù)仿真控制器執(zhí)行菜單命令[Momentum][Sparameters][simulation],在彈出的的對(duì)話框中，配置仿真頻率范圍，以及掃頻方式，如上圖46 仿真結(jié)果如圖 圖47 S參數(shù)仿真結(jié)果匹配 在數(shù)據(jù)顯示窗口中執(zhí)行菜單命令[Tool][Data File Tool],利用這個(gè)工具導(dǎo)出仿真后的S1P文件。執(zhí)行菜單命令[Momentum] [Substrate] [create/Modify],如圖43 圖43 基板設(shè)置對(duì)話框圖44 Layout層映射如圖44，在對(duì)話框中設(shè)置基板的基板參數(shù)，該機(jī)版由空氣層 、貼片層 、FR4介質(zhì)層、接地板組成。其介質(zhì)波長(zhǎng)λg由公式可得λg=6cm，所以貼片的長(zhǎng)度L=λg/2 =3cm， 。主要仿真控制器包括直流（DC）控制器、交流（AC）仿真控制器、S參數(shù)仿真控制器、諧波平衡（HB）仿真控制器、大信號(hào)S參數(shù)（LSSP）仿真控制器、增益壓縮（XDB）仿真控制器、包絡(luò)（Envelope）仿真控制器、和瞬態(tài)（Transient）仿真控制器。ADS主要操作窗口包括主窗口擊、原理圖窗口、數(shù)據(jù)顯示窗口和Momentum|Layout窗口等，每個(gè)設(shè)計(jì)窗口又主要包括菜單欄、工具欄和元器件面板三大部分。 ADS軟件的基本原理及應(yīng)用下面講述Ansoft HFSS的具體仿真過程。ADS是高頻設(shè)計(jì)的工業(yè)領(lǐng)袖。天線效率定義為天線輻射功率Pr,與輸入功率Pin之比，記為ηA,即6第3章 ADS軟件 （）21第3章 ADS軟件第3章 ADS軟件 ADS簡(jiǎn)介先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced Design System),簡(jiǎn)稱ADS，是安捷倫科技有限公司（Aglient）為適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)形式而設(shè)計(jì)研發(fā)的一款EDA軟件。 天線效率一般來說，載有高頻電流的天線導(dǎo)體及其絕緣介質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生損耗，因此輸入天線的實(shí)功率并不能全部地轉(zhuǎn)換成電磁波能量。所謂方向性，就是在相同距離的條件下天線輻射場(chǎng)的相對(duì)值與空間方向(子午角θ、方位角φ)的關(guān)系。下面介紹發(fā)射天線的主要電參數(shù)。為了正確設(shè)計(jì)或選擇天線，需要射頻識(shí)別系統(tǒng)微帶天線的研究了解發(fā)射天線的電參數(shù)。 天線的參數(shù)描述天線工作特性的參數(shù)稱為天線電參數(shù)(Basic antenna parameters)，又稱為電指標(biāo)。在許多實(shí)際設(shè)計(jì)中，微帶天線的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它的缺點(diǎn)，甚至在處于它的發(fā)展早期，微帶天線己有許多不同的和成功的應(yīng)用。相同結(jié)構(gòu)的微帶天線組成微帶天線陣可以獲得更高的增益和更大的帶寬。 優(yōu)點(diǎn)和常用的微波天線(拋物面天線和相控陣天線)相比，微帶天線主要優(yōu)點(diǎn)有:體積小，重量輕，低剖面，能與載體共形；易于實(shí)現(xiàn)線極化和圓極化，容易實(shí)現(xiàn)雙頻段、雙極化等多功能工作天線的散射截面較小:能得到單方向的寬瓣方向圖，最大輻射方向在平面的法線方向；易于和微帶線路集成，制造成本低，易于批量生產(chǎn)。 微帶天線特點(diǎn)由于空間技術(shù)發(fā)展與對(duì)低剖面天線的需要，使這種新型的天線得到進(jìn)一步發(fā)展。人們根據(jù)天線的以上特性提出了多種解決方案，如采用曲折型天線解決尺寸限制，采用倒F型天線解決金屬表面的反射問題等。 天線特性受所標(biāo)識(shí)物體的形狀及物理特性影響。天線結(jié)構(gòu)決定了天線方向圖、極化方向、阻抗特性、駐波比、天線增益和工作頻段等特性[8]。此外，天線還承擔(dān)接收能量和發(fā)射能量的作用，這些因素對(duì)天線的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)格要求。受應(yīng)用場(chǎng)合的限制，空氣介質(zhì)層通常需要貼在不同類型、不同形狀的物體表面，甚至需要嵌入到物體內(nèi)部。 天線設(shè)計(jì)的主要工作 當(dāng)前，空氣介質(zhì)層技術(shù)研究工作主要集中在天線設(shè)計(jì)、頻率選擇、防沖突技術(shù)等方面。微帶線饋電網(wǎng)絡(luò)會(huì)引入明顯的導(dǎo)電損耗和色散性；非色散的帶狀線不便與電路集成一體；介質(zhì)波導(dǎo)饋電的方案則另辟蹊徑而受到重視。近年來出現(xiàn)的光子帶隙PBG(Photonic Band Gap)基片材料可以有效地抑制表面波，解除了用較厚基片的限制，并可提高天線的增益、減弱陣元之間的互耦。這樣，實(shí)用化小型微帶天線的研制，成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。此外，微帶貼片結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)(較窄頻帶的)雙頻或多頻工作，其下一目標(biāo)是獲得大頻率比和可控頻率比的寬頻帶特性。目前，很多的研究人員致力于展寬微帶天線帶寬
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