【正文】 ..........................................................................................................21參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................22煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）11 緒 論 課題研究背景 天線作為無線收發(fā)系統(tǒng)的一部分，其性能對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的整體性能有著重要影響。由于不同的通信網(wǎng)絡(luò)間的頻段差異較大，所以怎樣使天線能夠覆蓋多波段并且同時(shí)擁有足夠小的尺寸是設(shè)計(jì)內(nèi)置天線的主要問題。微帶天線的帶寬通常小于 3％，在無線通信技術(shù)中，對(duì)天線的帶寬有了更高的要求；而電路集成度提高，系統(tǒng)對(duì)天線的體積有了更高的要求。和普通的天線相比，微帶天線有這些優(yōu)點(diǎn)：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 [1]；微帶天線散射截面較?。灰子诩晌Ь€路，成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)更優(yōu)秀的帶寬及增益，可以使用相同結(jié)構(gòu)的微帶天線組成微帶天線陣列。 微帶天線的發(fā)展微帶天線問世時(shí)間不長，在 20 世紀(jì) 70 年代初研制成功最早具有實(shí)用價(jià)值的微帶天線。在衛(wèi)星通信，指揮和控制系統(tǒng)，多普勒雷達(dá)，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，遙測(cè)導(dǎo)彈，武器信管等許多領(lǐng)域，微帶天線占領(lǐng)著舉足輕重的地位 [3] 。這些頻段正是目前迅速發(fā)展的移動(dòng)通信，無線調(diào)制解調(diào)器等常用的頻段。有三種方法可以減小微帶天線的尺寸：一是采用高介電常數(shù)介質(zhì)。 三是在微帶貼片上開槽以延長貼片的表面電流路徑，從而降低了天線的諧振頻率，這是目前小型化技術(shù)的主要方法，開槽不僅降低了天線的諧振頻率，而且還保證了一定的增益和帶寬，對(duì)天線性能沒有大的影響，容易實(shí)現(xiàn)圓極化和雙頻雙極化特性。這些天線實(shí)現(xiàn)了圓極化輻射而且盡可能的減小了天線的尺寸，尺寸減小最大可以達(dá)到大約50％，但這樣導(dǎo)致天線的增益很低。近年來出現(xiàn)的“光電子帶隙的 PGB（Photonic BandGap）” 基片材料可有效地抑制表面波，解除了用較厚基片的限制，提高天線的增益，削弱了陣元之間的相互耦合。優(yōu)先的結(jié)構(gòu)方案是采用探針的背饋方式將輻射部分借接地板隔開。 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）32 天線的基本概念及原理天線是一個(gè)用于發(fā)送和接收電磁波的重要的無線電設(shè)備，沒有天線就沒有無線電通信。 天線的基本概念天線無處不在。所以天線的功能主要有 [6]：(1) 能量轉(zhuǎn)換對(duì)于發(fā)射天線，天線應(yīng)將電路中的高頻電流能量或傳輸線上的導(dǎo)行波能量盡可能多地轉(zhuǎn)換為空間的電磁波能量輻射出去。(2) 定向輻射或接收發(fā)射及接受天線的輻射電磁能量應(yīng)集中在指定的方向，盡可能的不接收來自其它方向的電磁波，不要將能量損失在別的方向上，否則接收所需信號(hào)的同時(shí)，還有可能接收到不同方向的其它信號(hào)，造成不必要的干擾。在接收距離過遠(yuǎn)的信號(hào)時(shí)，必須采用定向性好、增益高的天線。 (4) 天線應(yīng)有一定的工作頻段任何天線都有一定的工作頻段。由互易原理，天線和饋電網(wǎng)絡(luò)中如果沒有非線性器件，那么用同一天線來發(fā)射和接收電磁波時(shí)，基本特征保持不變，所以可以使用分析發(fā)射天線的方法分析接收天線特性。作為輻射體，天線在輻射電磁波時(shí)，須要具備以下條件 [7]：（1）電流源輸入到天線上，其頻率必須很高。場(chǎng)強(qiáng)一定，波源頻率與位移電流成正比，煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）4與能量輻射也成正比，而靜態(tài)電場(chǎng)或磁場(chǎng)不會(huì)變化，它的頻率為零，不產(chǎn)生輻射。所以必須使用高頻以產(chǎn)生有效輻射。要使波源從輻射體輻射出有效的能量，使能量脫離輻射體，必須它的結(jié)構(gòu)是一個(gè)帶電的開放系統(tǒng)。電磁波輻射是導(dǎo)線帶有交變電流而形成的，導(dǎo)線的長度、形狀決定了輻射能力。如果將兩導(dǎo)線分開，由于電流方向相同，在同一方向產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射。導(dǎo)線上的電流隨導(dǎo)線的長度增大而增大，當(dāng)導(dǎo)線長度增大到可與波長相比時(shí)，則能夠形成強(qiáng)大的輻射，稱為振子。但每一種天線都既可以做發(fā)射天線也可以做接收天線，這是它們的主要特點(diǎn)之一，這就是天線的互易原理。對(duì)于衡量天線性能的一些指標(biāo)，就需要運(yùn)用天線的參數(shù)來描述。通過定義天線的各個(gè)參數(shù)可以描述天線的性能。 天線的極化電磁波電場(chǎng)矢量的空間指向就是電磁波的極化方向。根據(jù)形成的軌跡是直線、圓或橢圓分為線極化、圓極化和橢圓極化。(a) 線極化 (b) 圓極化或橢圓極化 (c) 極化橢圓 電磁波的極化可以確定天線的極化。天線可根據(jù)不同形式的極化分為線性極化天線和圓極化天線。若旋轉(zhuǎn)過程中電場(chǎng)的大小不變，則稱之為圓極化波。不同的極化波作接收時(shí)，天線需要具有相應(yīng)的極化特性。當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致就會(huì)在接收過程中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的極化損失，接收天線的極化方向和傳入波的極化方向正交時(shí)，接收天線將無法收到來波的任何能量，這種情況就被稱為來波和接收天線極化是相隔離的。天線方向圖普遍是在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域確定的，所以天線方向圖又稱為遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。因此，天線方向圖被分為功率，場(chǎng)強(qiáng)，極化和相位四種方向圖。通過兩個(gè)途徑可繪制出天線方向圖：第一，分析天線遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)得到方向圖的函數(shù)，從而計(jì)算和繪制方向圖；第二，實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到天線方向圖的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制出方向圖。0/????歸一化方向圖函數(shù)表示為： (2. 3)(,)(,)mfF????式中， ( θm ,φm ) 為天線最大輻射方向， f (θm ,φm ) 為方向圖函數(shù)的最大值。天線方向圖為一個(gè)三維空間的曲面圖形，它描述了電場(chǎng)強(qiáng)度在空間的分布情況。這兩個(gè)相互正交的平面在線極化天線中取為E面和H面。H面：是指通過天線最大輻射方向并與磁場(chǎng)矢量平行的平面。 天線輸入阻抗的計(jì)算方法天線和饋線的連接端，稱為天線的輸入阻抗。天線的輸入阻抗可由公式計(jì)算： (2. 4)UIAZ?（ 射 頻 電 壓 ）（ 射 頻 電 流 ）天線的輸入阻抗討論的目的是對(duì)天線和饋線實(shí)行匹配，天線與饋線連接的最有利的情況是天線的輸入阻抗是純電阻，電阻應(yīng)該等于傳輸線的特性阻抗，當(dāng)天線輸入阻抗存在電抗成分，電阻部分是不等于傳輸線的特性阻抗，必須匹配網(wǎng)絡(luò)，以得到天線與饋線的良好匹配 [9]。天線的輸入阻抗在天線的設(shè)計(jì)和應(yīng)用里是被關(guān)注的一個(gè)參數(shù)。 天線在移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用中，頻帶寬度通常根據(jù)駐波比SWR?≤ ( S11 ≤10dB )來定義煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）7天線的工作頻帶寬度。一般的，天線在其工作頻帶寬度內(nèi)，它的性能在各個(gè)頻率點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生不同，造成在可接受范圍內(nèi)的性能下降。由于入射波能量傳輸?shù)教炀€的輸入末端沒有被吸收，產(chǎn)生的反射波，疊加形成了駐波比。饋線上的電流或電壓的最大值與電流或電壓的最小值之比，稱為駐波比。若S=1，則天線與饋線完全匹配，不存在能量反射。S=1 只是理想數(shù)值。煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）93 微帶天線概述 微帶天線的簡介　 微 帶 天 線 結(jié) 構(gòu) 與 分 類　 　 微 帶 天 線 是 近 30 年 來 逐 漸 發(fā) 展 起 來 的 一 類 新 型 天 線 。 　 　 如 下 圖 ， 矩 形 微 帶 天 線 元 的 長 為 L， 寬 為 W2， 可 看 作 由 一 般 低 阻 傳 輸 線 連接 兩 個(gè) 輻 射 縫 組 合 而 成 。 　 　 還 有 一 類 微 帶 天 線 叫 做 微 帶 縫 隙 天 線 。 　 　 微 帶 天 線 可 以 按 結(jié) 構(gòu) 特 征 分 為 微 帶 縫 隙 天 線 和 微 帶 貼 片 天 線 ； 按 形 狀 分 為 圓 形 、矩 形 、 環(huán) 形 微 帶 天 線 等 。 駐 波 型 天 線只 工 作 在 諧 振 頻 率 附 近 ， 有 特 定 的 諧 振 尺 寸 ； 行 波 型 天 線 末 端 加 匹 配 負(fù) 載 來 保 證 傳輸 行 波 ， 它 沒 有 諧 振 尺 寸 的 限 制 [10]。 相 比 于 普 通 的 天 線 ， 微 帶 天 線 有 如 下 優(yōu) 點(diǎn) [11]：煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）10(1) 重 量 輕 ， 體 積 小 ， 低 剖 面 ， 能 與 載 體 共 形 。 微 帶 元 的 最 大 輻 射 方 向 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 的 不 同 ， 可 以 從 邊 射 到 端 射范 圍 內(nèi) 任 意 調(diào) 整 ； 容 易 得 到 各 種 極 化 。 能 和 有 源 器 件 、 電 路 集 成 為 統(tǒng) 一 的 組 件 。因此，對(duì)各種形狀的微帶貼片天線進(jìn)行分析，就是為了能使微帶天線適用于各種特殊的用途。有許多種分析微帶天線進(jìn)行估算的方法。 物理模型傳輸線方法的基本假設(shè)：(1)一般微帶傳輸線由微帶片和接地板構(gòu)成，傳輸準(zhǔn)TEM波。線段長度為1≈λg/2，準(zhǔn)TEM波的波長為λg。(2)傳輸線的兩個(gè)開口端可以看做兩個(gè)輻射縫，長為W，寬為h，傳輸線的開口端場(chǎng)強(qiáng)為縫的徑場(chǎng)。 輻 射 原 理微 帶 天 線 中 的 尺 寸 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 小 于 波 長 ， 所 以 天 線 的 剖 面 低 ， 這 樣 有 利 于 共 形 設(shè) 計(jì) ，并 且 可 以 保 證 優(yōu) 良 的 空 氣 動(dòng) 力 特 性 。 微 帶 饋 線 擴(kuò) 展 其 寬 度 W1 為 W2 而 成 為 低 特 性 阻 抗 的 傳 輸線 ， 其 長 度 L 為 半 個(gè) 微 帶 波 長 ， 即 λg/2。接地面平行于裂縫平面，水平電場(chǎng) Ey 激勵(lì)裂縫。Ey 與 x方向的磁流等效?？紤]地平面反射的影響，裂紋寬度 hλ 且沿 y 方向的 y 同樣是常數(shù)，所以裂縫輻射與磁流強(qiáng)度 Im 等效。圖中，LW為輻射體的尺寸； L1 饋電點(diǎn)到近邊的距離； h為介質(zhì)基片的厚度； tanδ為基板損耗角； Zc 為傳