【正文】 度上獲得較高的增益。近年來人們對(duì)關(guān)于如何提高微帶天線增益的問題展開了大量研究工作。但這種加載方法的主要缺點(diǎn)是天線的效率較低，增益比不加的常規(guī)微帶天線低10dB以上。 （三） 運(yùn)用加載技術(shù) 加載微帶天線是通過加載電阻的方法引入歐姆損耗，降低天線的品質(zhì)因數(shù)，從而有效增加天線帶寬。 用非線性基板材料也可以拓寬微帶天線的頻帶，如采用鐵氧體材料作為基板材料，其電磁特性可顯著縮小天線尺寸，還有鐵氧體具有非線性的色散特性，其有效磁導(dǎo)率隨頻率的升高而減低，由實(shí)驗(yàn)知鐵氧體基板的微帶天線具有多諧特性，可以在不同頻率上對(duì)應(yīng)同一貼片尺寸，從而實(shí)現(xiàn)展寬微帶天線的帶寬。使用這一方法的一個(gè)成功的例子是微帶U型槽天線，U型槽微帶天線中心頻率1815MHz，%。但這樣會(huì)增加微帶天線的厚度。 采用多貼片結(jié)構(gòu)，它是通過寄生耦合，利用每個(gè)貼片天線的諧振中心頻率各不相同，而各個(gè)諧振帶寬又相互交叉，使整個(gè)天線的總體帶寬展寬。（2）在同軸探針的頂部附加小的平板電容對(duì)微帶貼片天線進(jìn)行饋電?？臻g功率合成的有源陣將各輻射單元直接與傳輸接收組件連接, 減少了饋線長(zhǎng)度, 接收通道的放大器還可補(bǔ)償其傳輸損耗, 將成為大規(guī)模陣列系統(tǒng)的發(fā)展主流。饋線網(wǎng)絡(luò)：采用探針或槽孔藕合的背饋方式將輻射部分域饋線部分借接地板隔開, 是優(yōu)先考慮的結(jié)構(gòu)方案。在微波毫米波單片集成系統(tǒng)中, 高介電常數(shù)的基片使貼片的幾何尺寸進(jìn)一步縮小, 困難轉(zhuǎn)化為如何抑制相對(duì)電厚的基片中存在的表面波效應(yīng)。此外, 為了用于極化分集或收發(fā)極化隔離的系統(tǒng), 已制成多種型式的雙饋雙正交極化微帶貼片單元, 但性能受制于陣列環(huán)境和饋線布局、其極化隔離度還有待改進(jìn)。極化特性：各種利用貼片形狀微擾、切槽加載和多饋點(diǎn)組合等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的圓極化天線在固定波束的角域內(nèi)可提供寬頻帶、高極化純度的性能。 展寬微帶天線頻帶和提高增益的主要方法 微帶天線發(fā)展近況及頻帶展寬的基本方法頻帶特性：近年來所開發(fā)并經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的雙層貼片和U型槽貼片, 無論在探針或槽孔藕合的饋電方式下都獲得高達(dá)40%的阻抗匹配微帶, 使制約貼片頻帶的因素轉(zhuǎn)化為輻射方向性和極化特性僅達(dá)20%以上。有源電路置于接地板一側(cè)通過探針對(duì)貼片進(jìn)行饋電，這樣可以減小電路的寄生輻射。有源天線具有以下良好特性：工作頻帶寬、增益高、方向性好、便于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、易實(shí)施天線方向圖、具有單元間弱互耦的潛能。如何解除增益和帶寬這兩個(gè)限制，開發(fā)實(shí)用化、易調(diào)諧的此類天線尚待深入研究。當(dāng)在貼片表面開不同形式的的槽或細(xì)縫時(shí)，切斷了表面電流的路徑，使電流繞槽邊曲折流過而路徑變長(zhǎng)，在天線等效電路中相當(dāng)于引入了級(jí)聯(lián)電感。高溫超導(dǎo)材料HTS（high temperature superconductor）基片以及光電子帶陣PGB（photonic bandgap）基片有極低的表面電阻，能有效抑制表面波，減小表面損耗，解除了用較厚基片的限制，兼提高天線增益，減弱陣元間互耦的效果?？梢酝ㄟ^覆蓋適當(dāng)厚度的更高介電常數(shù)材料或采用寄生貼片可提高天線增益，但這又會(huì)增大體積和造價(jià)。天線的諧振頻率固定時(shí)，尺寸與成反比，介電常數(shù)變大，天線的尺寸將減小。此外加載切片電容（chip capacitor）也可以有效降低諧振頻率，減小天線尺寸，但帶寬有所減小。 如果將短路探針替換為低阻抗的切片電阻（chip resistor），可以在進(jìn)一步降低諧振頻率的同時(shí)還可增加帶寬。圖22 有限元法單元的劃分 微帶天線設(shè)計(jì)的方法 天線加載 在微帶天線上加載短路探針（shorting post）如圖23所示： 圖23 加載短路探針的微帶天線通過與饋點(diǎn)接近的短路探針在諧振空腔中引入耦合電容以實(shí)現(xiàn)小型化，這時(shí)天線的諧振頻率主要取決于短路探針的粗細(xì)和位置，此外天線的尺寸可縮減50%以上。每個(gè)單元的具體形狀沒有一定的要求，可以根據(jù)具體的問題來靈活的處理。有限元法可以采用不同形狀來劃分區(qū)域，對(duì)于二維的問題，可以用矩形域、三角形等形狀來劃分區(qū)域，其中應(yīng)用最廣的是采用三角形域。當(dāng)前，使用有限元法作為內(nèi)核的商用電磁仿真軟件主要是：Ansoft HFSS。有限元法在每個(gè)單元中規(guī)定合適的基函數(shù)，由于相鄰單元有公共結(jié)點(diǎn)，在該結(jié)點(diǎn)上有唯一的函數(shù)值，因此分片解析函數(shù)通過這些單元間的公共頂點(diǎn)聯(lián)系起來，拼接成一個(gè)整體，代替全域解析函數(shù)，通過相應(yīng)的代數(shù)等價(jià)便可化為代數(shù)方程求解。對(duì)于二維問題，單元的劃分可以取三角形、矩形等，其中三角形單元適應(yīng)性最廣；對(duì)于三維問題，單元可取作為四面體、六面體等等，其中四面體應(yīng)用更加靈活。有限元法是建立在變分基礎(chǔ)上的，其基本構(gòu)想是將由偏微分方程表征的整個(gè)求解區(qū)域劃分為若干個(gè)單元，在每個(gè)單元內(nèi)規(guī)定一個(gè)基函數(shù)。這種基函數(shù)選取方法的優(yōu)點(diǎn)在于，它只有在邊緣區(qū)域才需要滿足邊界條件，因而這種方法就更為靈活。顯然，它的限制比較嚴(yán)格。全域基函數(shù)是指基函數(shù)系列fn(x)和未知函數(shù)f的定義域相同。跟有限元等方法相比，矩量法對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存和計(jì)算能力的要求要小的多?；瘮?shù)和權(quán)函數(shù)的選取必須是線性無關(guān)的，并使其線性組合能得到很好的逼近求解函數(shù)。這種方法一般是和積分方程法結(jié)合起來分析微帶天線的，而由于積分方程法發(fā)展的比較晚，但是又由于它的使用靈活性和嚴(yán)格性，目前正受到國內(nèi)外許多作者的關(guān)注。由于接地板與微帶片之間存在基片，不通過譜域變換就直接建立空間，格林函數(shù)是難以實(shí)現(xiàn)的。但不要忘記了在積分方程中還有格林函數(shù)的存在，格林函數(shù)的最嚴(yán)格的表示方式為無限譜，所以運(yùn)算也有可能是在譜域進(jìn)行的。也就是在我們?cè)谟镁亓糠ㄇ蠼鈺r(shí)，所進(jìn)行的計(jì)算是在譜域進(jìn)行的還是在空間域進(jìn)行的。矩量法(method of moment)在電磁場(chǎng)分析中有著廣泛的應(yīng)用，其概念很簡(jiǎn)單，基本上是用未知場(chǎng)的積分方法去計(jì)算給定煤質(zhì)中場(chǎng)的分布。一般說來，傳輸線法比較適合用于在輻射邊附近饋電，而且要求饋電點(diǎn)位于該邊的對(duì)稱軸上，在這種情況下計(jì)算出來的阻抗曲線才有較大的參考價(jià)值。這主要是因?yàn)閭鬏斁€的模型是一維的，所以當(dāng)饋電點(diǎn)的位置在圖中的寬度方向也就是與波的垂直方向上變化時(shí)，它的阻抗值并不會(huì)跟著發(fā)生改變；另外由于傳輸線模型可看成是單震蕩回路，所以阻抗特性在諧振頻點(diǎn)附近是關(guān)于諧振頻點(diǎn)對(duì)稱的，阻抗曲線用圓圖表示出來是關(guān)于實(shí)軸對(duì)稱的，以上這兩點(diǎn)都是與實(shí)驗(yàn)很不相吻合的?，F(xiàn)在已經(jīng)針對(duì)基本的傳輸線法對(duì)諧振頻率預(yù)測(cè)不夠準(zhǔn)確這一問題提出了一些修正方法，比如等效伸長(zhǎng)微帶片的長(zhǎng)度，這種方法可以有效的將誤差減小到1％以內(nèi)。傳輸線法在各種方法中是最直觀最簡(jiǎn)單的方法，它是利用端縫輻射的概念簡(jiǎn)單明了的說明了輻射機(jī)理，但是這種方法也有它的局限所在，由于傳輸線模式的限制，只適合應(yīng)用矩形微帶天線貼片天線和微帶振子天線。圖21 傳輸線法物理模型根據(jù)兩條基本假設(shè)，當(dāng)時(shí)，兩個(gè)縫隙的切向電場(chǎng)都為圖中的x方向，并且它們的幅度是相同的。(2)把傳輸線的始端和末端看作是兩個(gè)輻射縫隙，長(zhǎng)度是圖中的h，寬度是圖中的W，傳輸線的開口端的場(chǎng)強(qiáng)即為縫隙的口徑場(chǎng)。來表示，線段長(zhǎng)度L的值大約為半個(gè)波長(zhǎng)，即L=A／2。 傳輸線模型法傳輸線模型法是出現(xiàn)比較早的分析微帶天線的方法，也是眾多方法中最簡(jiǎn)單的方法。通常使用的微帶天線的帶寬都比較窄，主要是因?yàn)槠漭斎胱杩箤?duì)頻率的變化比較敏感，又因?yàn)槲зN片天線是通常只工作在諧振頻率附近，所以研究微帶天線的阻抗特性和諧振頻率就顯得十分關(guān)鍵，它也是評(píng)價(jià)分析方法好壞的一個(gè)重要依據(jù)。如今比較成熟的分析微帶天線的方法有很多，比如格林函數(shù)法、積分法、傳輸線法、腔模理論和矩量法等，這些方法各有長(zhǎng)短互相補(bǔ)充。2 微帶天線理論 微帶天線的分析方法微帶天線在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，與其他天線一樣需要對(duì)天線的一系列性能參數(shù)進(jìn)行預(yù)算，這種做法可以使天線的制作質(zhì)量和效率大大提高，并且可以使研制成本大大的降低。微帶貼片天線由接地板、介質(zhì)基片和介質(zhì)基片上的輻射貼片構(gòu)成的，其中輻射貼片可以是任意的幾何形狀，但是只有有限的幾何形狀能計(jì)算出輻射特性，比如矩形，圓形，橢圓形，三角形、半圓形、正方形等比較規(guī)則的幾何形狀，其中矩形和圓形貼片的研究最多，可以作為單獨(dú)的天線使用也可以作為陣元使用。它在傳輸電波的同時(shí)不斷的向空中輻射。另一種是矩形微帶振子天線，它的結(jié)構(gòu)與矩形微帶貼片天線很相似，可看成是由矩形窄條構(gòu)成的。微帶振子天線主要分為兩種類型：一種是細(xì)線振子天線，是把細(xì)線振子鑲嵌在一個(gè)介質(zhì)基片上，這個(gè)介