【正文】 ................................................. 2 167。 微帶天線 的輻射機理 .......................................................................................... 4 167。 傳輸線模型法 .......................................................................................... 5 167。 積分方程法 ............................................................................................. 8 167。 微帶天線 圓極化技術(shù) .........................................................................................10 167。 圓極化實現(xiàn)技術(shù) ..................................................................................... 11 167。 ANSOFT HFSS高頻仿真軟件的介紹 ....................................................................19 167。 圓極化 微帶天線 的仿真設(shè)計 ....................................................................19 167。 兩路微帶等功率分配器的設(shè)計與仿真 .................................................................25 167。 創(chuàng)建天線模型 .........................................................................................29 167。 微帶天線的 發(fā)展 微帶 天線 的概念早在 1953 年就已經(jīng)提出了，但并未引起工程界的重視。真正的發(fā)展和實用是在七十年代。 1970 年出現(xiàn)了第一批實用的微帶天線。這以后，微帶天線的研究有了迅猛的發(fā)展， 新形式和新性能的微帶天線不斷涌現(xiàn)，發(fā)表了大量的學(xué)術(shù)論文和研究報告，召開了專題會議和出版專集。由于獨特的結(jié)構(gòu)和多樣化的性能，它必將在廣闊的波段內(nèi)的各種無線電設(shè)備上得到越來越多的應(yīng)用。 微帶天線的定義和結(jié)構(gòu) 微帶天線是在帶有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上貼加導(dǎo)體薄片而形成的天線。因此，微帶天線也可以看作一種 縫隙天線。因而它實現(xiàn)了 小型化，屬于 微小天線的一類。 由這兩種單元形成的微帶天線分別稱為微帶貼片天線和微帶振子天線。微帶天線的第四種形式是利用開在接地板上的縫隙，由介質(zhì)基片的另一 側(cè)的 微帶線或其他饋線（如槽線）對其饋電，稱之為微帶縫隙天線。 167。 （ 2） 電性能多樣化。 （ 3） 能與有源器件和電路集成為單一的模件 ，因 此適合大規(guī)模生產(chǎn)，簡化了整機的制作和調(diào)試，大大降低了成本。 （ 5） 稍稍改變饋電位置就可以獲得線極化和圓極化（左旋和右旋）；無須做大的變動，天線就很容易地裝在導(dǎo)彈、火箭和衛(wèi)星上 。 （ 2） 損耗較大，因此效率較低， 這類似于微帶電路。 （ 3） 單個微帶天線 功率容量較小，一般用于中、小功率場合； （ 4） 性能受基片材料影響大。 （ 6） 饋線與輻射元之間的隔離差，端射性能差，可能存在表面波。例如，已有多種途徑來展寬微帶天線的頻帶。 空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 167。現(xiàn)已應(yīng)用于大約 100M100GHz 的寬廣域上的大量無線電設(shè)備中。 特別是圓極化微帶天線 高性能圓極化微帶天線在當(dāng)前的應(yīng)用愈加廣泛。2. 在通信、雷達(dá)的極化分集工作和電子對抗等應(yīng)用中廣泛利用圓極 化天線的旋向正交性 。 空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 第二章 微帶天線的 原理 技術(shù) 167。 Lewin 對微帶的不連續(xù)性的輻射 首次作了研究，他的分析是基于導(dǎo)體中流動的電流進(jìn)行的。這個分析是以微帶開路端和地板所構(gòu)成的口徑場為基礎(chǔ)。理論和實驗結(jié)果表明，在高頻時，輻射損耗遠(yuǎn)大于導(dǎo)體和介質(zhì)的損耗。 微帶天線的 分析方法有很多，為簡單起見，我們以矩形微帶天線為例，采用傳輸線 模型 分析方法介紹它的輻射原理。貼片與接地板間的介質(zhì)基片中的電場沿貼片寬度 w 方向和厚度 h 方向無變化。則輻射場可認(rèn)為是由貼片沿長度方向的兩個開路端上的邊緣場 產(chǎn)生的。而水平分量的電場是同相的，可等效為無限大平面上同相激勵的兩個縫隙，如圖 2 .1（ c）。也就是說，微帶天線的輻射可以等效為由兩個縫隙組成的二元陣。 微帶天線的分析方法 微帶天線的分析方法 主要有 3 種方法： 傳輸線模型法 、 空腔模型法 和 積分方程法 。 在分析設(shè)計天線的過程中，應(yīng)該合理使用理論分析和計算機輔助設(shè)計軟件兩種手段 ， 揚長避短， 綜合運用， 才能順利、快速的完成天線的設(shè)計分析，得到滿意的結(jié)果。 167。如圖 所示矩形微帶貼片天線及坐標(biāo)系，矩形的寬為 w，長 2/dl ?? ， g? 為介質(zhì)內(nèi)波長。傳輸線模型將矩形 微帶天線看成是場沿橫向沒有變化的半波長傳輸線諧振器，場沿縱向呈駐波分布，天線的輻射主要由兩開路端邊緣縫隙 產(chǎn)生。設(shè) y=0 處的電場為 0?Ez ，縫隙的輻射可以用等效磁流來計算，等效磁流為 hVzEzExyExnJm 0000 ?????? ?????????? （ ） V0 是縫隙電壓，該磁流與鏡像一起在自由空間輻射，其輻射場的電矢量位為 ? ?? ?? ? ???? 2/ 2/ c o s39。 s i n0 39。4? 00 ww hh zxjkrjkm dzdxehVrezA ????? 空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 ? ???????? c o sc o ss inc o ss inc o ss ins in?00000 0 k wwkhkhkreVz rjk ???????? ? （ ） 輻射場可由 已知 式計算，在圖中所示的坐標(biāo)系中遠(yuǎn)區(qū)場的矢量位只有 ?? 分量?? sinmxm AA ?? ，因此 ??? ?? s in0 00 0 mzm AjkAjkE ??? ? ? ????????? s inc o sc o s2s inc o ss inc o ss ins in 000000 ??????? ?wkhkhkrejV rjk () 由上式可以計算縫隙的輻射功率并進(jìn)一步計算縫隙的輻射電導(dǎo)，當(dāng) 10 ??hk 時 ? ???? ? ?? ? ????0 2/ 2/ 20 22020 s in2122 ddrEVV PG rs ??????? ? dwk s int a nc o s2s in1 20 0200 ? ??????? ? ? ?????? ???? x xxxx S i s i n2c o s1 00??? () 式中 ?? 1200 ? 為自由空間波阻抗， wkx 0? ， ? ? ?? x duu uxSi0 sin。 下面計算相距 2/dl ?? 的兩條縫的輻射情況。構(gòu)成一同相二元陣，二者的輻射場應(yīng)由 y=0 處磁流的輻射場乘以二陣因子 ? ???sinsin01 ljke? ???? s i ns i n20 0s ins in2c o s2 lkjelkj ??????? （ ） 即 ?E? ? ????????? s inc o sc o s2s inc o ss inc o ss ins in2 000000 ??????? ?wkhkhkreVj rjk ???? s i ns i n20 0s ins in2c o slkjelkj ?????? ? ? ??????????????????? ???????????????s i ns i n2c oss i nc osc os2s i nc oss i nc oss i ns i n2 00000s i ns i n2000 lkwkhkhkreVjlkrjk（ ） 由此可得 H 面（ 0?? ）和 E 面（ 2/??? ）兩個主平面的方向函數(shù) （ ） （ ） 圖 矩形微帶天線方向圖 圖為 。 當(dāng)用微帶線從輻射邊對矩形貼片饋電時，天線的輸入導(dǎo)納應(yīng)等于饋電縫隙的導(dǎo)納與端接另一條縫隙的寬度為 w ， 長度為 l 的微帶 傳輸線的輸入導(dǎo)納并聯(lián)，即 ljYY ljYYYYY sc cscsin ??ta nta n???? （ ） 式中 Ys=G+jB 為縫隙的輻射導(dǎo)納， 0???? e? 。 空腔模型法 空腔模型法把貼片與接地板之間的空腔看成是四周為磁壁、上下為電壁的有耗諧振腔，空腔的損耗主要是邊緣縫隙的輻射損耗。然后再由等效磁流計算輻射場。 積分方程法 無論是傳輸 線模型還是空腔模型都沒有考慮空腔內(nèi)的場在與貼片埀直方向上的變化，對于介質(zhì)基片的厚度與波長相比不是很小時這種近似就會帶來很大的誤差。 積分方程法又稱格林函數(shù)法，這種方法認(rèn)為微帶貼片天線的輻射場是由貼片表面的電流產(chǎn)生的。 ? ? ? ? ? ?? ??v dvrJrrGjrE 39。39。rJ?? 乘以并矢格林函數(shù) ? ?39。實際上這個積分式中源 ??39。rJ?? 的積分方程，因此稱為積分方程法。 167。用微帶線饋電時，饋線與微帶貼片共面，因此制作簡單。由于微帶貼片天線的輸入阻抗與饋電點的位置有關(guān)，因此天線與饋線特性阻抗的匹配由適當(dāng)選擇饋電點位置來實現(xiàn)。饋電點位置改變引起諧振頻率的微小漂移可以通過修正貼片尺寸來補償。 (a)微帶饋電 (b)同軸饋電 圖 微帶饋電和同軸饋電 二．同軸線饋電 同軸線饋電是利用從接地板上的小孔伸入諧振空腔內(nèi)的探針激勵貼片天線，探針與同軸線的內(nèi)導(dǎo)體相連，同軸線的外導(dǎo)體與接地板相連 ,如 圖 (b)所示。缺點是不便于集成，用于天線陣時加工工作量大且很難保證各陣元饋電的一致性。 空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 在不共面電磁耦合型饋電結(jié)構(gòu)中還可以在饋線與貼片之間插入一帶有矩形縫隙的接地板，微帶線通過縫隙對貼片饋電。采用長度比貼片尺寸稍小的縫隙一般可獲得滿意的匹配。 微帶天線 圓極化技術(shù) 167。即，沿其傳播方向看去波的瞬時電場矢量的端點軌跡是一個圓。 2． 一個圓極化波可以分解為兩個在空間和在時間上均正交的等幅的極化波。 3．任意極化波可分解為兩個旋向相反的圓極化波。因此，任意極化的來波都可由圓極化天線收到，反之，圓極化天線輻射的圓極化波也可由任意極化的天線收到。 4．天線若輻射左旋圓極化波，則只接收左旋圓極化波而不能接收右旋圓極化空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 波，反之，若天線輻射有旋圓極化波，則接收右旋圓極化波，這稱為圓極化天線的旋向正交性，其實，這一性質(zhì)就是發(fā)射和 接收天線之間的互易定理。例如，國際通信衛(wèi)星 V號上的 4GHz 多波束發(fā)射天線輻射有旋圓極化波，形成兩個東、西“半球波束”同時也輻射左旋圓極化波，形成兩個輻射不同地區(qū)的“波束區(qū)域 ” ,這四個波束都工作于 4GHz 頻段互不干擾，從而實現(xiàn)四重頻譜復(fù)用，增加了通信容量。 微